(57)【要約】【課題】  エンジン始動直後等においては、一般的にエンジンが不安定であることと、制御態様を変化させることによる不安定性とによって、燃料制御弁を閉める動作を行うと、空燃比がリーンになりすぎて失火を起こして停止する場合がある。これは、燃料制御弁の閉動作の速度が速すぎるため、エンジンの失火を防止するための失火回避制御が働く前に空燃比がリーンになるためであり、従来はこのようなケースを回避することができなかった。【解決手段】  空燃比センサ５０の計測値に基づいて混合気の空燃比を制御する空燃比制御システムにおいて、空燃比センサ５０が計測可能となってから予め定められる所定の時間内に空燃比制御を開始する場合に（Ｓ３０）、燃料制御弁の動作速度を遅くする。【選択図】図２
2005171924.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空燃比センサの計測値に基づいて混合気の空燃比を制御する空燃比制御システムにおいて、
上記空燃比センサが計測可能となってから予め定められる所定の時間内に空燃比制御を開始する場合に、
燃料制御弁の動作速度を遅くすることを特徴とする空燃比制御システム。
【請求項２】
空燃比センサの計測値に基づいて混合気の空燃比を制御する空燃比制御システムにおいて、
上記空燃比センサが計測可能となってから予め定められる所定の時間経過後に空燃比制御を開始する場合に、
燃料制御弁の閉動作における閉動作速度を遅くすることを特徴とする空燃比制御システム。
【請求項３】
空燃比センサの計測値に基づいて混合気の空燃比を制御する空燃比制御システムにおいて、
上記空燃比センサが計測可能となってから予め定められる所定の時間経過後に空燃比制御を開始する場合に、
燃料制御弁の開動作における開動作速度を速くすることを特徴とする空燃比制御システム。
【請求項４】
空燃比センサの計測値に基づいて混合気の空燃比を制御する空燃比制御システムにおいて、
上記空燃比センサの計測値が予め定められた閾値よりも小さく、且つエンジンが停止した場合に、
空燃比センサの動作確認を行うことを特徴とする空燃比制御システム。
【請求項５】
前記空燃比センサの動作確認で異常と判断された場合に、
空燃比センサを用いない制御でエンジンを予め定められる所定時間運転し、再度空燃比センサの動作確認を行ってなる請求項４記載の空燃比制御システム。
【請求項６】
空燃比センサの計測値に基づいて混合気の空燃比を制御する空燃比制御システムにおいて、
上記空燃比センサの計測値が予め定められる閾値よりも小さく、エンジンの回転数偏差が予め定められる閾値よりも小さい場合に、
空燃比センサを用いない制御でエンジンを予め定められる所定時間運転し、再度空燃比センサの動作確認を行うことを特徴とする空燃比制御システム。
【請求項７】
空燃比センサの計測値に基づいて混合気の空燃比を制御する空燃比制御システムにおいて、
上記空燃比センサの素子部を保護する略円筒状のプロテクタを設け、
該プロテクタの先端に直径方向に跨ぐブリッジを形成し、
該ブリッジの幅は上記空燃比センサの素子部の外形より大きく、
該ブリッジと上記空燃比センサの素子部との間に隙間を形成したことを特徴とする空燃比制御システム。
【請求項８】
前記プロテクタのブリッジは排気の流れに対して直角となるように排気マニホールド等の排気路に取り付けられてなる請求項７記載の空燃比制御システム。
【請求項９】
前記プロテクタの円筒側面の下端部は、空燃比センサの素子部の通気口を覆うように形成されてなる請求項７、又は請求項８のいずれかに記載の空燃比制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空燃比センサの計測値に基づいて混合気の空燃比を制御する空燃比制御システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば、ＧＨＰ（Ｇａｓ  Ｈｅａｔ  Ｐｕｍｐ）等の動力であるエンジンの負荷、回転数に応じて、空燃比センサの出力（即ち、ＩＰ値とは、空燃比センサの出力電流値のことであり、計測値である）を予めＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）内部に記憶される目標ＩＰ値となるように燃料制御弁を操作することによって、空燃比制御を行う空燃比制御システムがある。
このような空燃比制御システムにおいて、ＥＣＵが上記空燃比センサの出力に応じて燃料制御弁の開度調節する場合における、弁の動作速度はいつも同じ速度で制御される。
例えば、空燃比センサの出力によって、酸素濃度が高いと判断された場合は混合気をリッチ（濃く）にするために燃料制御弁を開く動作を行い、他方、酸素濃度が低いと判断された場合は混合気をリーン（薄く）にするために燃料制御弁を閉める動作を行う。
このような空燃比制御システムに関する技術の一例としては、下記特許文献１に示すようなものがある。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−３３７２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、例えば、エンジンの始動時等において、エンジンの始動制御から通常運転時の空燃比制御に制御態様等が変化する場合がある。
例えば、エンジンの始動制御時等においては始動を確実に行うため空燃比はリッチ寄りに制御されているため、通常運転の空燃比制御に切り替わる場合には、ＮＯｘ等の排出を抑制するように空燃比を下げる。
この場合、具体的には、燃料制御弁を開いた状態から閉める処理を行うことになる。
しかしながら、このようにエンジン始動直後等においては、一般的にエンジンが不安定であることと、制御態様を変化させることによる不安定性とによって、上述のように燃料制御弁を閉める動作を行うと、空燃比がリーンになりすぎて失火を起こして停止する場合がある。
これは、燃料制御弁の閉動作の速度が速すぎるため、エンジンの失火を防止するための失火回避制御が働く前に空燃比がリーンになるためであり、このようなケースを回避することができなかった。
また、何らかの原因で空燃比センサの計測値が変動した場合等において、空燃比センサに異常が発生したことよるものか否かを検証する術がないため、結果として失火やエンストが発生したり、空燃比センサを安定的に活性化させることができないため、誤計測による失火やエンストが発生するケースがあった。
そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エンジン始動時における不安定性と、制御態様を変更することによる不安定性とを加味した制御を行うことによって、失火やエンストの発生を防止できる空燃比制御システムを提供することである。
また、空燃比センサの計測値や回転数等の状態から空燃比センサに異常が発生していないかを検証することによって、失火やエンストの発生を防止し、空燃比センサが安定的に活性化させることを可能にする空燃比制御システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００６】
請求項１においては、空燃比センサの計測値に基づいて混合気の空燃比を制御する空燃比制御システムにおいて、
上記空燃比センサが計測可能となってから予め定められる所定の時間内に空燃比制御を開始する場合に、
燃料制御弁の動作速度を遅くすることを特徴とする空燃比制御システムとして構成されている。
【０００７】
請求項２においては、空燃比センサの計測値に基づいて混合気の空燃比を制御する空燃比制御システムにおいて、
上記空燃比センサが計測可能となってから予め定められる所定の時間経過後に空燃比制御を開始する場合に、
燃料制御弁の閉動作における閉動作速度を遅くすることを特徴とする空燃比制御システムとして構成されている。
【０００８】
請求項３においては、空燃比センサの計測値に基づいて混合気の空燃比を制御する空燃比制御システムにおいて、
上記空燃比センサが計測可能となってから予め定められる所定の時間経過後に空燃比制御を開始する場合に、
燃料制御弁の開動作における開動作速度を速くすることを特徴とする空燃比制御システムとして構成されている。
【０００９】
請求項４においては、空燃比センサの計測値に基づいて混合気の空燃比を制御する空燃比制御システムにおいて、
上記空燃比センサの計測値が予め定められた閾値よりも小さく、且つエンジンが停止した場合に、
空燃比センサの動作確認を行うことを特徴とする空燃比制御システムとして構成されている。
【００１０】
請求項５においては、前記空燃比センサの動作確認で異常と判断された場合に、
空燃比センサを用いない制御でエンジンを予め定められる所定時間運転し、再度空燃比センサの動作確認を行ってなる空燃比制御システムとして構成されている。
【００１１】
請求項６においては、空燃比センサの計測値に基づいて混合気の空燃比を制御する空燃比制御システムにおいて、
上記空燃比センサの計測値が予め定められる閾値よりも小さく、エンジンの回転数偏差が予め定められる閾値よりも小さい場合に、
空燃比センサを用いない制御でエンジンを予め定められる所定時間運転し、再度空燃比センサの動作確認を行うことを特徴とする空燃比制御システムとして構成されている。
【００１２】
請求項７においては、空燃比センサの計測値に基づいて混合気の空燃比を制御する空燃比制御システムにおいて、
上記空燃比センサの素子部を保護する略円筒状のプロテクタを設け、
該プロテクタの先端に直径方向に跨ぐブリッジを形成し、
該ブリッジの幅は上記空燃比センサの素子部の外形より大きく、
該ブリッジと上記空燃比センサの素子部との間に隙間を形成したことを特徴とする空燃比制御システムとして構成されている。
【００１３】
請求項８においては、前記プロテクタのブリッジは排気の流れに対して直角となるように排気マニホールド等の排気路に取り付けられてなる空燃比制御システムとして構成されている。
【００１４】
請求項９においては、前記プロテクタの円筒側面の下端部は、空燃比センサの素子部の通気口を覆うように形成されてなる空燃比制御システムとして構成されている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１６】
請求項１の構成により、エンジンの始動状態から空燃比制御を開始する定常状態に運転状態が移行する過渡状態において、エンジンの失火やエンスト（エンジン停止）を防止することが可能となる。
【００１７】
請求項２の構成により、エンジンの始動状態から空燃比制御を開始する定常状態に運転状態が移行する過渡状態において、燃料制御弁を閉動作することによって急激に供給燃料が減少することによって、失火回避制御による処理が実行される前に失火が発生して、エンスト等を発生することを防止することが可能となる。
【００１８】
請求項３の構成により、エンジンの始動状態から空燃比制御を開始する定常状態に運転状態が移行する過渡状態において、燃料制御弁を開動作する必要がある場合に素早く燃料制御弁を開くことが可能となり、必要な燃料を素早く供給することが可能となるので、失火やエンスト防止することが可能となる。
【００１９】
請求項４の構成により、空燃比センサの計測結果がリッチであることを示した場合に、その結果が正しく空燃比センサ自体に異常が発生していないことや、逆に空燃比センサ５０で異常が発生していること等を検証することが可能となる。
【００２０】
請求項５の構成により、空燃比センサに何らかの異常が発生した場合であっても、単に油分が空燃比センサに付着している場合であるならば、空燃比センサを用いないで所定時間中エンジンを運転することで、空燃比センサのヒータや排気熱によって、空燃比センサに付着した油分を蒸発させたり、焼却することが可能となる。
その結果、付着した油分による空燃比センサの計測異常の原因が取り除かれ、再び空燃比センサを用いた制御を行うことが可能となる。
【００２１】
請求項６の構成により、空燃比センサに油分等が付着して一時的にリッチを示している場合であっても、上述の場合と同様に空燃比センサ５０に付着した油分を蒸発又は焼却することによって、空燃比センサを正常な状態に戻して、再び空燃比制御を行いえるようにすることが可能となる。
つまり、換言すれば、空燃比センサに油分が付着して、一時的に空燃比センサが誤計測を行う状態であっても、エンジンの運転状態を正常な状態で運転させることが可能となる。
【００２２】
請求項７の構成により、排気ガスの通風による過冷却を防止できるので、空燃比センサの保温性が高められて、安定して計測を行うことが可能となる。
【００２３】
請求項８の構成により、デューティ比を小さくすることが可能となり、空燃比センサの保温性を高めるとともにヒータに使用する電力量を抑制することが可能となって、安定的に空燃比センサ５０を活性化して正確に計測することを可能とする。
【００２４】
請求項９の構成により、空燃比センサの先端部分に排気ガス中の油分や凝縮水が付着することを防止して、空燃比センサの劣化や故障の発生を防止することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、添付図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下の本発明を実施するための最良の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
図１は本発明の実施の形態に係る空燃比制御システムの概略構成図、図２は空燃比制御システムが行う一連の処理の一例を示したフローチャート、図３は空燃比制御システムが行う一連の処理の一例を示したフローチャート、図４はプロテクタ（実線部）に空燃比センサ（点線部）を取り付けた場合の外観図、図５はプロテクタの外観図、図６は空燃比センサに設けられるヒータを加熱する場合におけるデューティ比を示したグラフである。
【００２６】
先ず、図１を用いて、本発明を実施するための最良の形態に係る空燃比制御システムの概略構成について説明する。
また、以下で説明する空燃比制御システムは、例えば、ＧＨＰ（Ｇａｓ  Ｈｅａｔ  Ｐｕｍｐ）等の動力であるガスエンジンであって、ガソリンエンジン等であっても良く、この場合を具体例として説明する。
先ず、エアクリーナ３０より取り入れた空気（外気）と、ガス等の燃料とを混合させることによって混合気を生成するミキサ２０について説明する。
ミキサ２０は、主として、ベンチュリ２３、燃料制御弁２２、固定弁２１、燃料増量弁２７、及びスロットル弁２５を具備して概略構成されるものである。
上記エンジン６０のピストン４５が下降してシリンダ（燃焼室）４０内が負圧となってエアクリーナ３０からベンチュリ２３を介して空気は取り入れられる。
該ベンチュリ２３は、空気通路を狭くし、その狭い部分に燃料供給路が連通され、空気流の流れが速くなる部分で負圧を利用して燃料供給路から燃料を吸入して、空気と燃料との混合気を生成する。
上記ベンチュリ２３に供給される燃料は、燃料制御弁２２によってその量が調節される。
具体的には、燃料制御弁２２の弁体を駆動するアクチュエータとしてのソレノイドを、制御手段の一例であるＥＣＵ１０（電子制御装置）で制御することによって該燃料の量を調節している。
また、図１に示すように、ベンチュリ２３に燃料を供給する系統としては、上記燃料制御弁２２を通過する系統の他に固定弁２１を通過する系統がある。
この固定弁２１は、予め定められた量の燃料だけをベンチュリ２３に供給するためのものであり、燃料の種類等により設定される。
したがって、固定弁２１の弁はＥＣＵ１０等によって制御されることなく、ミキサ２０の製造時若しくは据え付け時等のメンテナンス時に予め調整されるのみであり運用時は一定の開度で固定されるものである。
つまり、ＥＣＵ１０が燃料制御弁２２を制御することによって、ベンチュリ２３で生成される混合気中の空燃比を変化させることが可能となる。
このようにして生成された混合気は、スロットル弁２５に到達し、該スロットル弁２５の開度によってスロットル弁２５を通過する混合気の流量が変化する。
具体的には、スロットル弁２５の弁体はアクチュエータとしてのステッピングモータの駆動によりその開度が変更され、該ステッピングモータは上記ＥＣＵ１０によって制御され、スロットル弁２５の開度が開くことによって通過する混合気の流量が増加し、他方該開度が閉じることによって通過する混合気の流量が減少する。
【００２７】
更に、スロットル弁２５の下流側（エンジン６０側）には、燃料増量弁２７が設けられる構成であっても良い。
この燃料増量弁２７の機能は、燃料制御弁２２より供給される燃料のみでは混合気中に含まれる燃料が不足する場合に開くものである。
具体的には、スロットル弁２５の開度（スロットル開度）が全開に近い状態である場合等において、特に混合気の空燃比をリッチ（濃く）にしたい場合に作動するものであって、燃料制御弁で補い切れない制御状態において、補完的に補助するものである。
つまり、この図１に示す燃料増量弁２７は、本発明の空燃比制御システムには必ずしも必要な構成要素ではないが、図１においては燃料増量弁２７を設けた場合の一例を示している。そこで、以下の説明においては燃料増量弁２７が設けられてないものとして説明する。
【００２８】
更に、スロットル弁２５を通過した混合気は、エンジン６０のシリンダ４０内に吸入弁４１を介して吸入され、吸入弁４１及び排気弁４２が閉じた状態でピストン４５によって圧縮されて点火プラグ４３による点火によって爆発する。
そして、このピストン４５の昇降によりクランク軸が回転され、その回転角及び回転数が回転数センサ４４により検知され、ＥＣＵ１０に入力される。
上記爆発後の排気ガスは排気弁４２を介して排出される。
このとき排気ガス中の空燃比（一般的に酸素）を計測するのが空燃比センサ５０であり、排気マニホールド等の排気路に設けられ、ＥＣＵ１０は、上記空燃比センサ５０の検出結果に基づいて、シリンダ４０に吸入される混合気の空燃比を算出することを可能にしている。
具体的には、空燃比センサ５０が計測した結果である計測値（出力）は、電流の大きさ（以下、単に「ＩＰ値」とする）として出力されるものであり、このＩＰ値がＥＣＵ１０に入力されることになる。
更に、ここで説明する空燃比センサ５０は、排気ガス中に含まれる酸素量が多いほどＩＰを大きな値として出力し、他方、排気ガス中に含まれる酸素量が少ないほどＩＰ値が小さな値として出力される特性を有しているものとする。
つまり、ＩＰ値と混合気の実際の空燃比とは比例する関係にある。
そこで、ＥＣＵ１０は、混合気の実際の空燃比を目標空燃比とするべく、空燃比センサ５０で計測された結果であるＩＰ値が、予めＥＣＵ１０に記憶される目標ＩＰ値となるように燃料制御弁２２やスロットル弁２５を制御している。
また、この目標ＩＰ値は、回転数センサ４４で検出されるエンジンの回転数や負荷と対応付けられてＥＣＵ１０の記憶手段（例えばＲＯＭ）に予めマップとして記憶されるものである。
また、上記空燃比センサ５０は、計測を開始する場合は素子自体の温度をある一定の温度にして活性化させる必要があるため、該温度となるようにヒータ等で暖められる。
この場合の温度もＥＣＵ１０等によって制御される構成となっている。
【００２９】
次に、上述のように構成された空燃比制御システムが行う一連の処理について、図２を用いて説明する。
先ず、ＥＣＵ１０は、エンジン６０が起動（Ｓ１０）し、空燃比センサ５０が計測可能となるように活性化させるためヒータを通電して暖機する（Ｓ２０）。
そして、ＥＣＵ１０は、該暖機によって空燃比センサが計測可能な状態となってから、予め定められる所定の時間（ここでは、例えば１０秒）以上経過したか否かを判断する（Ｓ３０）。
このステップＳ３０において、上記所定の時間が経過していない（即ち、該所定の時間内）に、空燃比センサ５０の計測結果を利用して通常の空燃比制御を開始する場合には、燃料制御弁２２の動作速度を遅くするべく、制御定数を小さくして（Ｓ５１）、上述の処理を繰り返す。
即ち、上記ステップＳ５１においては、具体的には、燃料制御弁２２を動作させるためのステッピングモータの制御定数を小さくする。
例えば、通常の空燃比制御を行う場合における定格の制御定数が仮にＰ＝０．０１である場合においては、この制御定数を例えばＰ＝０．００１等の小さな値に変更する。
このような処理によって、エンジンの始動状態から空燃比制御を開始する定常状態に運転状態が移行する過渡状態において、始動直後に生じ易い空燃比センサの異常によるＩＰ値の異常の影響を小さくして、エンジンの失火やエンスト（エンジン停止）を防止することが可能となる。
この空燃比センサの異常とその症状の具体例としては、例えば、空燃比センサの素子部の亀裂により出力が大きくなったり、空燃比センサの素子部に潤滑油等が付着して出力が小さくなったり、空燃比センサの通気口の目詰まりにより出力が小さくなったり、空燃比センサの劣化により出力が小さくなったりすることである。
【００３０】
次に、上記ステップＳ３０において上記所定の時間が経過後に、空燃比センサ５０の計測結果を利用して通常の空燃比制御を開始して、燃料制御弁２２（図１中においては「ＧＶＭ」と表記）が閉動作する場合には（Ｓ４０）、ＥＣＵ１０は、燃料制御弁２２の閉動作速度を遅くするべく、制御定数を小さくする（Ｓ５２）。
このステップＳ５２の場合は、上記ステップＳ５１の場合と若干異なり、燃料制御弁２２を閉動作させる場合における制御定数を小さくする。
この場合、例えば、通常の空燃比制御を行う場合における定格の制御定数が仮にＰ＝０．０１である場合においては、この制御定数を例えばＰ＝０．００５等の小さな値に変更する。
このような処理によって、エンジンの始動状態から空燃比制御を開始する定常状態に運転状態が移行する過渡状態において、燃料制御弁２２を閉動作することによって急激に供給燃料が減少することによって、失火回避制御による処理が実行される前に失火が発生して、エンスト等を発生することを防止することが可能となる。
続いて、ＥＣＵ１０は、回転数センサ４４よりクランク軸の回転数を取得することによって、エンジン６０の回転数を計測し、予めＥＣＵ１０に記憶される目標回転数との回転数偏差を算出する（Ｓ６０）。
そして、ＥＣＵ１０は、上記ステップＳ６０において算出された回転数偏差が予めＥＣＵ１０に記憶される閾値以上か否かを判断する（Ｓ７０）。
ステップＳ７０の判断で回転数偏差（特定時間における回転数の最大値と最小値の差）が閾値以上と判断された場合は、エンジン６０の状態が依然不安定であるので、再度上述の処理を繰り返す（図２のＳ７０の「Ｙ」の経路を通る）。
他方、ステップＳ７０の判断で回転数偏差が閾値以上でないと判断された場合は、過去からの制御の蓄積である積分に係る制御定数をリセットする等の処理を行って、制御定数を適正化して（Ｓ８０）、上述の処理を繰り返す。
【００３１】
次に、上記ステップＳ４０の処理において燃料制御弁２２が開動作する場合には、ＥＣＵ１０は、燃料制御弁２２の開動作速度を速くするべく、制御定数を大きくする（Ｓ５３）。
この場合、例えば、通常の空燃比制御を行う場合における定格の制御定数が仮にＰ＝０．０１である場合においては、この制御定数を例えばＰ＝０．０２５等の大きな値に変更する。
このような処理によって、エンジンの始動状態から空燃比制御を開始する定常状態に運転状態が移行する過渡状態において、燃料制御弁２２を開動作する必要がある場合に素早く燃料制御弁２２を開くことが可能となり、必要な燃料を素早く供給することが可能となるので、失火やエンスト防止することが可能となる。例えば、負荷が大きくなって燃料を多く供給する場合等である。
【００３２】
ところで、排気ガス中には油分成分が含まれており、このような油分が空燃比センサ５０に一時的に付着した場合に、空燃比センサ５０の計測値に基づいて混合気がリッチであると誤って判断する場合がある。
このような場合には、油分が空燃比センサ５０に付着しても、ある一定時間運転することで、ヒータの熱や排気熱によって該付着した油分が蒸発したり、焼却されてなくなることで、再度空燃比センサ５０が正常に計測を開始することが知られている。
しかしながら、従来においては、油分等が付着することよって、空燃比センサ５０が誤った計測値を示した場合に、即リッチ回避空燃比制御等の制御を行ってしまうため、混合気がリーンになり過ぎて、結果的に失火を発生してエンストに至る場合があった。
そこで、以下では、空燃比センサ５０がリッチであることを示した場合に、その原因が油分の付着によるものであっても正常に空燃比制御システムを稼動させ、原因を検証する一連の処理の一例について図３を用いて説明する。
ＥＣＵ１０は、エンジン６０が起動（Ｓ１１０）し、空燃比センサ５０が計測可能となるように活性化させるためヒータを通電して暖機する（Ｓ１２０）。
そして、ＥＣＵ１０は、空燃比センサ５０の計測値であるＩＰ値が予め定められる値以下か否かを判断することによって、混合気の空燃比の濃度を判定する（Ｓ１２５）。
このステップＳ１２５においては、具体的に空燃比の計測値であるＩＰ値が０．１ｍＡよりも小さい値か否かを判断する。
尚、上述の場合、ＩＰ値が所定値（例えば０．１mＡ）のときに、空燃比は理想的な状態にあることを前提としているので、上記ステップＳ１２５では空燃比がリッチ又はリーンのいずれであるかを判定している。
この場合、ＩＰ値が０．１ｍＡよりも小さな値になってしまった場合は、空燃比がリッチであり、他方、ＩＰ値が０．１ｍＡよりも大きい値である場合は、空燃比がリーンであると判断する。
この判断で、空燃比がリーンであると判断された場合は上述の処理を繰り返し行う。
他方、上記判断で、空燃比がリッチであると判断された場合は、ＥＣＵ１０は、空燃比がリッチである状態を回避するためのリッチ回避空燃比制御を開始して（Ｓ１３０）、燃料制御弁２２を閉めるように閉動作を実行する（Ｓ１４０）。
更に、ＥＣＵ１０は、回転数センサ４４の計測結果よりエンジン６０の回転数を計測し、予めＥＣＵ１０に記憶される目標回転数との回転数偏差を算出し、その回転数偏差が予めＥＣＵ１０に記憶される閾値以上であるか否かを判断する（Ｓ１４５）。
尚、この閾値はマップとして記憶手段に記憶されている。
このステップＳ１４５の判断において、（１）回転数偏差が閾値以上でない場合は処理がステップＳ２３０へ移行し、（２）回転数偏差が閾値以上である場合は処理がステップＳ１５０へ移行し、（３）エンジン６０が停止して回転していない場合は処理がステップＳ２１０へ移行する。
【００３３】
上記（３）の場合について説明する。
ＥＣＵ１０は、空燃比センサ５０の計測値が予め定められた閾値よりも小さく（上記ステップＳ１２５の結果）、且つエンジンが停止（上記ステップＳ１４５の結果）した場合に、空燃比センサの動作確認を行うモードとなる（Ｓ２１０）。
このステップＳ２１０における動作確認は、具体的には、エンジン６０に混合気を供給しない状態で、セルモータ等を用いてエンジン６０を単に空回しした場合における、空燃比センサ５０の出力を計測する。
そして、上記ステップＳ２１０における計測の結果、エンジン６０が起動していない状態で空燃比センサ５０が計測するものは、本来ならば、地上における一般的な大気の酸素濃度（約２０％）である。
しかし、このとき、空燃比センサ５０に油分等が付着していた場合は、該大気の酸素濃度を正確に計測することができない特性を利用して動作確認を行っている（Ｓ２２０）。
このステップＳ２２０においては、具体的には、空燃比センサ５０の計測値（ＩＰ値）が０．７（一般的な大気の酸素濃度を計測した場合の正常値）以上であれば、空燃比センサ５０が正常に作動するにも拘わらずエンジン６０が停止する事態が発生したため、空燃比センサ５０以外の部分が故障していないかを確認する処理（ステップＳ１６０以降）へ移行する。
他方、上記ステップＳ２２０において、ＩＰ値が０．７以下であれば、空燃比センサ５０が正常に作動しておらず異常であると判断できるので、故障しているか又は油分が空燃比センサ５０に付着して正常に計測を行い得ない状況にあるかを判断する処理（ステップＳ２３０以降）へ移行する。
この処理によって、上記ステップＳ１２５において、空燃比センサ５０の計測結果がリッチであることを示した場合に、その結果が正しく空燃比センサ５０自体に異常が発生していないことや、逆に空燃比センサ５０で異常が発生していること等を検証することが可能となる。
【００３４】
ここで、上記ステップＳ２２０において、処理がステップＳ２３０へ移行した場合について説明する。
以下では、上述の処理によって空燃比センサ５０は異常な状態にあると判断された場合に、空燃比センサ５０を用いない制御でエンジン６０を予め定められる所定の時間運転し、再度空燃比センサ５０の動作確認を行う処理について説明する。
上記ステップＳ２２０の判断によって、空燃比センサ５０に異常が発生していると判断された場合に、ＥＣＵ１０は、空燃比センサ５０の計測値を用いずに行う制御モードでエンジン６０を制御する（Ｓ２３０）。
具体的には、予めＥＣＵ１０等に記憶されるエンジン６０の回転数、負荷の大きさ、スロットル弁２５の開度等のデータに基づいて、空燃比センサ５０を用いることなくエンジン６０を運転する。
上記ステップＳ２３０のような処理を行うエンジン６０の制御を予めＥＣＵ１０に記憶される所定の時間の間行う。
そして、ＥＣＵは、再度上記ステップＳ２１０及びＳ２２０と同様の処理を実行して、空燃比センサ５０の動作確認を行う（Ｓ２４０（Ｓ２１０と同様）・Ｓ２５０（Ｓ２２０と同様））。
そして、ステップＳ２５０の処理でＩＰ値が０．７よりも大きい値でないと判断された場合は処理がステップＳ２３０へ移行し、他方、ＩＰ値が０．７よりも大きい値であると判断された場合は、処理がステップＳ２６０へ移行する。
処理がステップＳ２６０へ移行した場合は、空燃比センサ５０が正常であると判断された場合であるので、ＥＣＵ１０は、空燃比センサ５０の計測値を用いて空燃比制御を行うモードになる。
即ち、上述においては、上記ステップＳ２１０・Ｓ２２０にて空燃比センサ５０に何らかの異常が発生した場合であっても、単に油分が空燃比センサ５０に付着している場合であるならば、ステップＳ２３０・Ｓ２４０の処理に示すように、空燃比センサ５０を用いないで所定時間中エンジンを運転することで、空燃比センサ５０のヒータや排気熱によって、空燃比センサ５０に付着した油分を蒸発させたり、焼却することが可能となる。
その結果、付着した油分による空燃比センサ５０の計測異常の原因が取り除かれ、再び空燃比センサ５０を用いた制御を行うことが可能となる。
【００３５】
また、上述のステップＳ１４５の判断にて上記（１）の場合に該当する場合にも、処理が上記ステップＳ２３０へ移行する。
この上記（１）に場合に該当する場合は、空燃比センサ５０の計測値が予め定められる閾値よりも小さく、エンジンの回転数偏差が予め定められる閾値よりも小さい場合に、空燃比センサ５０を用いない制御でエンジン６０を予め定められる所定の時間運転し、再度空燃比センサ５０の動作確認を行う処理を行う。
具体的には、ステップＳ１２５で既に空燃比センサ５０の計測値に基づいてリッチであると判断（即ち、計測値が予め定められる閾値よりも小さいと判断）され、更にリッチ回避空燃比制御が行われて、回転数偏差が閾値以内（即ち、予め定められる閾値よりも小さい）であって、エンジン６０が正常に目標回転数近傍にて運転できている状態と言える。
即ち、この場合は、空燃比センサ５０に油分等が付着して一時的にリッチを示しているものと解して、上記ステップＳ２３０・Ｓ２４０・Ｓ２５０・Ｓ２６０等の処理を順次行って、上述の場合と同様に空燃比センサ５０に付着した油分を蒸発又は焼却することによって、空燃比センサ５０を正常な状態に戻して、再び空燃比制御を行いえるようにすることが可能となる。
つまり、換言すれば、空燃比センサ５０に油分が付着して、一時的に空燃比センサ５０が誤計測を行う状態であっても、エンジン６０の運転状態を正常な状態で運転させることが可能となる。
【００３６】
また、上述のステップＳ１４５の判断にて上記（２）の場合に該当する場合にも、処理が上記ステップＳ１５０へ移行する。
この場合、ＥＣＵ１０は、燃料制御弁２２が全閉の状態であるか否かを判断する（Ｓ１５０）。
このステップＳ１５０の判断において、燃料制御弁２２が全閉であると判断された場合には、ＥＣＵ１０は、空燃比制御システムにおいて異常が発生していると判断し（Ｓ１６０）、エンジン６０の運転を停止する（Ｓ１７０）。
このステップＳ１７０のときにエンジン６０の運転を停止させた場合に、その旨を警報等として、音、光等の発することによって外部に発報するようにしても良い。
このように処理がステップＳ１５０→Ｓ１６０→Ｓ１７０と移行する場合は、上記ステップＳ１２５において空燃比センサ５０の計測によってリッチあると判断されたにも拘わらず、燃料制御弁２２が全閉である（Ｓ１５０）という矛盾した計測結果を得る。
そこで、ＥＣＵ１０は、このような矛盾した計測が得られる状態においては、空燃比制御システム全体において何らかの異常があるものと判断して、上記ステップＳ１７０においてエンジン６０を停止させる。
【００３７】
ところで、空燃比センサ５０はエンジン６０の排気マニホールド等の排気路に設けられるものであって、排気ガス中の酸素濃度を計測することによって空燃比を計測するものである。
尚、ここで排気マニホールド等の排気路とは、排気マニホールドや、排気マニホールドの集合部を意味するものである。
この空燃比センサ５０は、上述したとおり、正確に計測するには空燃比センサ５０の素子自体の温度をある一定の温度にして活性化させる必要があり、そのためにヒータを具備する構成となっている。
しかしながら、このような構成であっても、排気マニホールド等の排気路を流れる排気ガスによって空燃比センサ５０の素子部が冷却されたり、或いは、排気ガスに含まれる油分や凝縮水が空燃比センサ５０に付着して正確に計測できなくなる等の問題が発生する。
そこで、図４に示すように、空燃比センサ５０にプロテクタ７０を設けることが行われている。
本実施例では図４に示すように、空燃比センサ５０を点線で示しており、プロテクタ７０を実線で示している。尚、一点鎖線は排気マニホールド等の排気路を示している。
空燃比センサ５０の下部には素子部５１が設けられており、該素子部５１が排気マニホールド等の排気路内に設けられる部分であり、直接排気ガスと接触する部分である。
また、素子部５１は、略円筒状に設けられており、その側面の軸心方向中途部には通気口５３が複数設けられ、先端の中心部分にも図示しない通気口が開口され、該通気口５３を介して排気ガスが素子部５１内部に通気されて酸素濃度を計測する構成となっている。
空燃比センサ５０において、素子部５１の上部側は、排気マニホールド等の排気路の外部側へ突出し、六角ボルト部５２等が設けられている。
更に、素子部５１の上部側には螺子山が形成されており、後述するプロテクタ７０の円筒部７２の内周面に設けられる螺子山と螺合する。
したがって、空燃比センサ５０とプロテクタ７０とを締結する場合に、上記六角ボルト部５２にスパナ等の工具を係合させることによって、該締結を容易に行うことが可能となっている。
この締結によって、プロテクタ７０は空燃比センサ５０の素子部５１近傍に取り付けられる構成となっている。
【００３８】
次に、上記プロテクタ７０について図５を用いて説明する。
尚、図５（ａ）は上記図４と同じ方向から見たプロテクタ７０の側面図。
図５（ｂ）は図５（ａ）のプロテクタ７０を矢印ｂ方向より見た上面図。
図５（ｃ）は図５（ａ）のプロテクタ７０を矢印ｃ方向より見た側面図であり、点線で空燃比センサ５０を取り付けた場合を示した図。
図５（ｄ）は図５（ａ）のプロテクタ７０の矢印ｄ方向より見た下面図。
上記プロテクタ７０は、上部側に鍔部７１が形成され、該鍔部７１の下面側には空燃比センサ５０の素子部５１より径が大きい円筒部７２が形成されている。
また、この円筒部７２において、鍔部７１側の上端部側は素子部５１を挿入できるように開口しており、下端部側も開口して後述するブリッジ７３を一体的に設けている。
したがって、空燃比センサ５０にプロテクタ７０を取り付けた場合に、図１に示すように、素子部５１はプロテクタ７０の円筒部７２内収まる構成となっている。
また、この場合に、素子部５１に設けられる通気口５３が、図１に示すように円筒部７２で覆われるように円筒部７２は形成されている。
即ち、プロテクタ７０の円筒部７２の下端部は、空燃比センサ５０の素子部の通気口５３よりも下方に位置して通気口５３を覆うように形成されている。
したがって、素子部５１の通気口５３は、図１に示すように直接的に排気マニホールド等の排気路に流れる排気ガスに触れることがなくなる。
したがって、素子部５１内部が、排気ガスの通風に晒されることによって冷却されたり、或いは、排気ガス中の油分や凝縮水が付着することによって、空燃比センサ５０が正確に計測できなくなる状況を回避することが可能となる。
また、通気口５３が円筒部７２によって覆われているので、素子部５１の保温性が高められて、安定して計測を行うことが可能となる。
【００３９】
また、プロテクタ７０の円筒部７２の下端面からブリッジ７３が垂設されている。
該ブリッジ７３は、円筒部７２の下端面の両側から下方に支持部７３ａ・７３ａが延設され、該支持部７３ａ・７３ａの下端側で連結部７３ｂにより該支持部７３ａ・７３ａの両者は連結されるように構成されている。
つまり、該ブリッジ７３の支持部７３ａと支持部７３ａとの間隔は上記空燃比センサ５０の素子部５１の外形よりも大きく構成している。
このように形成したブリッジ７３は、プロテクタ７０の円筒部７２の先端側において、該円筒部７２の直径方向に跨ぐように形成されて、その内側に素子部５１が位置するようにしている。
更に、空燃比センサ５０にプロテクタ７０を取り付けた場合に、ブリッジ７３と素子部
５１の先端部分との間に隙間を形成するように、支持部７３ａ・７３ａの長さが決められている。
具体的には、図５（ｃ）に示すように、素子部５１の先端部分とブリッジ７３の連結部７３ｂの上面側との隙間がｎ［ｍｍ］ある状態となるように支持部７３ａ・７３ａの長さが決められている。
この隙間のｎ［ｍｍ］の範囲としては、素子部５１先端に開口した通気口より排気ガスが浸入可能な隙間であって、あまり大き過ぎるとブリッジ７３による油分等の遮蔽効果がなくなるので、約５ｍｍ程度以内とすることが望ましい。
このように、ブリッジ７３を構成することによって、素子部５１の先端部分に排気ガス中の油分や凝縮水が付着することを防止して、空燃比センサ５０の劣化や故障の発生を防止することが可能となる。
【００４０】
また、例えば図４に示すように、排気マニホールド等の排気路内を流れる排気ガスの方向に対してブリッジ７３が直角となるように、プロテクタ７０が該排気マニホールド等の排気路に取り付けられることが望ましい。
これは、上述のようにしてプロテクタ７０が排気マニホールド等の排気路に取り付けられると、空燃比センサ５０のヒータに供給する電力を低く抑えることが可能となるからである。
具体的には、図６に示すように、空燃比センサ５０のヒータのデューティ比が小さくなることが知られている。
このデューティ比とは、一般的に通電と遮断とを繰り返しながら電力を供給して所望の温度となるように制御する場合における、ある一定時間における通電時間の比のことである。
したがって、例えば、デューティ比が１００［％］である場合には、継続的に通電が行われて遮断されることがないことを意味し、ディーティ比が５０［％］であると通電時間と遮断時間とは同じ割合であるといえる。
したがって、一般的にディーティ比［％］が大きいほど使用電力量が多いといえる。
図６においては、縦軸に空燃比センサ５０のヒータのデューティ比とし、横軸にブリッジの幅と取り付け方向として場合の関係を示した図である。
また、ライン１１０は通電電圧が１４．７［Ｖ］、ライン１２０は通電時間が１４．０［Ｖ］、ライン１３０は通電時間が１３．１［Ｖ］、ライン１４０は通電時間が１２．６［Ｖ］の場合におけるデューティ比をプロットした点を結んだものである。
尚、図６において、ブリッジ７３を排気マニホールド等の排気路内を流れる排気ガスの方向に対して平行においた場合のラインをライン１１０ａ〜ライン１４０ａとし、他方、ブリッジ７３を排気マニホールド等の排気路内を流れる排気ガスの方向に対して直角においた場合のラインをライン１１０ｂ〜ライン１４０ｂとして示す。
この図６に示すように、ライン１１０ａ〜ライン１４０ａのラインよりも、ライン１１０ｂ〜ライン１４０ｂの方が全体的にデューティ比が小さな値で良いことが分かる。
つまり、ブリッジ７３を排気ガスの方向に対して直角となるように取り付けた方が、デューティ比を小さくすることが可能となり、空燃比センサ５０の保温性を高めるとともにヒータに使用する電力量を抑制することが可能となって、安定的に空燃比センサ５０を活性化して正確に計測することを可能とする。
また、ヒータに掛ける印加電圧が低い方がデューティ比を小さな値で抑えることが可能であり、しかもブリッジの幅を太くするほどデューティ比を小さな値で抑えることが可能となる。
上述より、総じて望ましくは、ブリッジ７３を排気ガスの方向に対して直角となるようにプロテクタ７０を排気マニホールド等の排気路に取り付けるとともに、ヒータの印加電圧を低く抑え、しかもブリッジ７３の幅を太くすることで、デューティ比を小さな値で抑えることが可能となって、空燃比センサ５０を安定的に活性化させて正確に計測することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態に係る空燃比制御システムの概略構成図。
【図２】空燃比制御システムが行う一連の処理の一例を示したフローチャート。
【図３】空燃比制御システムが行う一連の処理の一例を示したフローチャート。
【図４】プロテクタ（実線部）に空燃比センサ（点線部）を取り付けた場合の外観図。
【図５】プロテクタの外観図。
【図６】空燃比センサに設けられるヒータを加熱する場合におけるデューティ比を示したグラフ。
【符号の説明】
【００４２】
１０    ＥＣＵ
２２    燃料制御弁
２５    スロットル弁２５
４４    回転数センサ
５０    空燃比センサ
５１    素子部
５３    通気口
６０    エンジン
７０    プロテクタ
７１    鍔部
７２    円筒部
７３    ブリッジ
７３ａ    支持部
７３ｂ    連結部
【図１】
2005171924.tif 000003
【図２】
2005171924.tif 000004
【図３】
2005171924.tif 000005
【図４】
2005171924.tif 000006
【図５】
2005171924.tif 000007
【図６】
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