(57)【要約】【課題】  空燃比制御の精度を向上させる。【解決手段】  機関１の排気通路３に三元触媒７を配置し、触媒７上流側に上流側空燃比センサ３３を、触媒７下流側に２つの下流側空燃比センサ３５、３７を配置する。ＥＣＵ３０は、上流側空燃比センサと下流側空燃比センサ出力とに基づいて機関の空燃比をフィードバック制御する。下流側空燃比センサ３５、３７は互いに異なる出力特性を有し、例えば空燃比センサ３５は理論空燃比を中心に急激に出力が変化するＺ出力特性センサ、空燃比センサ３７は空燃比変化に応じて緩やかに出力が変化するリニア出力特性センサとされる。下流側空燃比センサとして異なる特性の２つのセンサを用いたことにより、それぞれの出力特性の欠点を補完して精度の良い空燃比制御を行うことができる。【選択図】      図１
2007023968.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、それぞれ排気の空燃比を検出する複数の空燃比センサを備え、該複数の空燃比センサ出力に基づいて機関運転空燃比が所定の目標空燃比になるように機関への燃料供給量を制御する内燃機関の空燃比制御装置において、
前記複数の空燃比センサは、空燃比変化に対してそれぞれ互いに異なる出力変化特性を備えるとともに、各空燃比センサが前記排気通路上のほぼ同一位置での排気の空燃比を検出するように配置されていることを特徴とする、内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項２】
前記内燃機関は、さらに、排気通路に配置された排気浄化触媒と、該排気浄化触媒上流側の排気の空燃比を検出する上流側空燃比センサとを備え、前記複数の空燃比センサは前記排気浄化触媒の下流側の排気通路の排気空燃比を検出するように配置され、前記上流側空燃比センサ出力と前記複数の空燃比センサ出力とに基づいて、機関運転空燃比が前記目標空燃比になるように機関への燃料供給量を制御する、請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項３】
前記複数の空燃比センサは、前記目標空燃比よりリッチ空燃比側の第１の空燃比を中心に出力が急変する出力変化特性を有する空燃比センサと、前記目標空燃比よりリーン空燃比側の第２の空燃比を中心に出力が急変する出力変化特性を有する空燃比センサとを含む、請求項１または請求項２に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項４】
前記複数の空燃比センサは、前記目標空燃比を中心に出力が急変する出力変化特性を有する空燃比センサと、前記目標空燃比を含む比較的広い空燃比範囲で空燃比変化に対して出力が比較的緩やかに変化する出力特性を有する空燃比センサとを含む、請求項１または請求項２に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の空燃比制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
排気通路に配置した空燃比センサ出力に基づいて機関運転空燃比（排気空燃比）が目標空燃比になるように内燃機関の燃料噴射量を制御する空燃比制御装置が知られている。
【０００３】
たとえば、排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯX等の成分を同時に浄化可能な排気浄化触媒としては通常、三元触媒が用いられるが、三元触媒は流入する排気空燃比が理論空燃比を中心とする狭い空燃比範囲にある場合にＨＣ、ＣＯ、ＮＯXの３成分を同時に浄化することができる。
【０００４】
このため、排気通路に三元触媒を配置して排気浄化を行う場合には排気空燃比を理論空燃比近傍に維持する必要がある。このように、三元触媒を用いて排気浄化を行う内燃機関では、通常、三元触媒上流側の排気通路に配置した空燃比センサ出力に基づいて排気空燃比が理論空燃比になるように機関の燃料噴射量をフィードバック制御するとともに、更に三元触媒下流側の排気通路に空燃比センサを配置し、下流側の空燃比センサ出力を用いて上流側空燃比センサ出力に基づく空燃比制御の補正を行う。
【０００５】
三元触媒上流側の空燃比センサは、機関に比較的近い位置に配置されているため、排気空燃比の変化を検出するまでの時間は短いため、上流側に設けた空燃比センサ出力に基づいて空燃比制御を行うことにより応答性の良い制御が可能となる。しかし、上流側の空燃比センサは各気筒からの排気の混合が十分でないことにより特定の気筒の排気の影響を大きく受けたり、あるいは排気温度が高いため劣化を生じて出力が変化したりするため、空燃比の検出精度が低下する場合がある。
【０００６】
一方、三元触媒下流側の空燃比センサでは、各気筒からの排気は十分に混合しており、また、排気温度も低くなっているため劣化による出力変化は生じにくくなっている。
このため、三元触媒上流側の空燃比センサ出力に加えて三元触媒下流側の空燃比センサ出力を用いて空燃比制御を行うことにより、応答性良好、かつ正確な空燃比制御を行うことが可能となる。
【０００７】
この種の空燃比制御装置の例としては、たとえば特許文献１に記載されたものがある。
特許文献１の空燃比制御装置では、三元触媒上流側と下流側とにそれぞれ１つずつ空燃比センサを配置し、主に上流側空燃比センサの出力に基づいて空燃比制御を行う。
【０００８】
この空燃比制御は、たとえば上流側空燃比センサ出力がリッチ空燃比相当からリーン空燃比相当（またはリーン空燃比相当からリッチ空燃比相当）に変化した直後に機関への燃料噴射量をステップ状に増加（または減少）させるスキップ制御と、スキップ制御実行後上流側空燃比センサ出力がリーン空燃比相当である間、あるいはリッチ空燃比相当である間一定割合で機関への燃料噴射量を増加または減少させる積分制御との組合わせとされている。
【０００９】
また、特許文献１の空燃比制御装置では更に、上記スキップ制御に使用する燃料噴射量のステップ状の増減量（スキップ量）を三元触媒下流側の空燃比センサ出力がリッチ相当であるかリーン相当であるかに応じて増減するようにしている。
【００１０】
すなわち、特許文献１の装置では、下流側空燃比センサ出力がリッチ相当である間は上記上流側空燃比センサ出力がリーン空燃比相当からリッチ空燃比相当に変化した際のステップ状の燃料増量幅（リッチスキップ量）を一定速度で減少させリッチ空燃比相当からリーン空燃比相当への変化時のステップ状の燃料減量幅（リーンスキップ量）を一定速度で増大させるとともに、下流側空燃比センサ出力がリーン空燃比相当である間は、逆にリッチスキップ量を増大させリーンスキップ量を減少させている。
これにより、上流側空燃比センサ出力に基づく応答性の良い空燃比制御を行いながら、下流側空燃比センサ出力に基づいて制御の精度を向上させることが可能となる。
【００１１】
【特許文献１】特許第３５５１７８２号
【特許文献２】特開２００２−２５６８５５号公報
【特許文献３】特開２０００−４６７８０号公報
【特許文献４】特開２０００−２４１３８１号公報
【特許文献５】特開２００３−１５５９５３号公報
【特許文献６】特許第２９５９７２８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献１の排気浄化装置では、下流側空燃比センサ出力を空燃比制御に用いることにより、空燃比制御の精度を向上させている。
これにより、上流側空燃比センサ出力が多少ずれたり不正確になったような場合でも空燃比制御の精度を高く維持することが可能となっている。しかし、実際にはこのように空燃比制御の精度を高く維持するためには、下流側空燃比センサ出力が常に正確であることが必要とされる。
【００１３】
ところが、空燃比センサ出力の精度は種々の条件により影響を受けバラツキを生じるため、空燃比センサ出力の精度を高く維持することは必ずしも容易ではない問題がある。
例えば、空燃比センサは素子の特性や製造上の電極や電極周囲のコート層のバラツキなどにより出力特性にバラツキを生じる場合がある。
【００１４】
また、例えば同じ空燃比であっても排気ガスの成分が異なると、センサ出力が変化してしまう出力の成分依存特性も存在する。例えばＨ2などの分子量の小さい可燃成分は電極の周囲を覆うコート層を通過しやすいため電極に到達しやすいが、プロパン（Ｃ3Ｈ8）等のように分子量の大きい可燃成分は逆にコート層を通過しにくく電極に到達しにくい。このため、排気中にＨ2などの分子量の小さい可燃成分が多く含まれていると、空燃比センサ出力は実際の空燃比よりもリッチ側にずれる傾向（リッチずれ）を生じ、逆にプロパン等のように分子量が大きい可燃成分が多く含まれていると空燃比センサ出力は実際の空燃比よりもリーン側にずれる（リーンずれ）を生じる。
【００１５】
また、後述するように空燃比センサにはいくつかの種類があるが、その代表的なものとしては、理論空燃比近傍で出力が急変する、いわゆるＺ出力特性センサ（Ｏ2センサ）と理論空燃比近傍でも空燃比に対して出力が直線的に緩やかに変化する、いわゆるリニア出力特性センサとがある。
【００１６】
ここで、Ｚ出力特性センサは空燃比がリッチかリーンかにより出力が大きく異なるため、空燃比がリーンかリッチかの判定は容易にできるものの、λ点近傍でのセンサ出力の変化が急激であるため、理論空燃比近傍での高精度の空燃比制御精度が困難な問題がある。
【００１７】
一方、リニア出力特性センサは、理論空燃比近傍での出力変化が緩やかであるため、理論空燃比近傍領域での空燃比変化を精度良く検出することができるものの、理論空燃比近傍での出力変化が緩やかであるがために、理論空燃比出力（λ点）そのものの検出（判定）が困難な問題がある。
【００１８】
上述したように、特に三元触媒の上流側と下流側とに空燃比センサを設けて空燃比制御を行う場合に空燃比制御の精度を向上させるためには、下流側空燃比センサの検出精度を高めることが必要となるにもかかわらず、実際には空燃比センサの検出精度を高めることは困難な場合がある。特許文献１の装置では、この点についての考慮がされていないため、実際には高精度の空燃比制御を行うのは困難な場合が生じる。
【００１９】
本発明は上記従来技術の問題に鑑み、空燃比センサによる排気空燃比の検出精度を大幅に向上させ、高精度の空燃比制御を行うことを可能とする内燃機関の空燃比制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
請求項１に記載の発明によれば、内燃機関の排気通路に配置され、それぞれ排気の空燃比を検出する複数の空燃比センサを備え、該複数の空燃比センサ出力に基づいて機関運転空燃比が所定の目標空燃比になるように機関への燃料供給量を制御する内燃機関の空燃比制御装置において、前記複数の空燃比センサは、空燃比変化に対してそれぞれ互いに異なる出力変化特性を備えるとともに、各空燃比センサが前記排気通路上のほぼ同一位置での排気の空燃比を検出するように配置されていることを特徴とする、内燃機関の空燃比制御装置が提供される。
【００２１】
すなわち、請求項１の発明では、排気の空燃比を出力特性の異なる空燃比センサを用いて検出する。これにより、各空燃比センサの出力特性の欠点を他の空燃比センサ出力特性で補うことが可能となり、空燃比の高精度の制御を行うことができるようになる。
【００２２】
請求項２に記載の発明によれば、前記内燃機関は、さらに、排気通路に配置された排気浄化触媒と、該排気浄化触媒上流側の排気の空燃比を検出する上流側空燃比センサとを備え、前記複数の空燃比センサは前記排気浄化触媒の下流側の排気通路の排気空燃比を検出するように配置され、前記上流側空燃比センサ出力と前記複数の空燃比センサ出力とに基づいて、機関運転空燃比が前記目標空燃比になるように機関への燃料供給量を制御する、請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置が提供される。
【００２３】
すなわち、請求項２の発明では触媒上流側と下流側とに空燃比センサを配置して、これらのセンサで検出した排気空燃比に基づいて空燃比制御が行われる。そして、下流側の空燃比センサとして複数の互いに出力特性が異なる空燃比センサが用いられる。
【００２４】
前述したように、空燃比制御の精度を向上させるためには下流側空燃比センサで正確に空燃比を検出する必要がある。このため、下流側空燃比センサとして互いに出力特性の異なる複数の空燃比センサを用いて正確に排気空燃比を検出することにより、空燃比制御の精度を向上させることが可能となる。
【００２５】
請求項３に記載の発明によれば、前記複数の空燃比センサは、前記目標空燃比よりリッチ空燃比側の第１の空燃比を中心に出力が急変する出力変化特性を有する空燃比センサと、前記目標空燃比よりリーン空燃比側の第２の空燃比を中心に出力が急変する出力変化特性を有する空燃比センサとを含む、請求項１または請求項２に記載の内燃機関の空燃比制御装置が提供される。
【００２６】
すなわち、請求項３の発明では、複数の空燃比センサとして、いわゆるＺ出力特性センサが使用される。Ｚ出力特性を有する空燃比センサは、例えば理論空燃比を中心とした狭い範囲で出力が急激に変化するため理論空燃比近傍では精密な空燃比制御が困難な問題がある。
【００２７】
本発明では、複数の空燃比センサとして、目標空燃比よりリッチ空燃比側の第１の空燃比を中心に出力が急変する出力特性を有する空燃比センサと目標空燃比よりリーン空燃比側の第２の空燃比を中心に出力が急変する出力特性を有する空燃比センサとが使用される。
【００２８】
このため、両方のセンサ出力から（１）空燃比が第１の空燃比よりリッチな場合、（２）空燃比が目標空燃比近傍にある場合（すなわち、第１の空燃比と第２の空燃比との間にある場合）、（３）空燃比が第２の空燃比よりリーンな場合、の３つの空燃比領域を精度良く判定することが可能となる。これにより、それぞれの空燃比領域に適切な空燃比制御が可能となり、空燃比制御の精度が向上するようになる。
【００２９】
請求項４に記載の発明によれば、前記複数の空燃比センサは、前記目標空燃比を中心に出力が急変する出力変化特性を有する空燃比センサと、前記目標空燃比を含む比較的広い空燃比範囲で空燃比変化に対して出力が比較的緩やかに変化する出力特性を有する空燃比センサとを含む、請求項１または請求項２に記載の内燃機関の空燃比制御装置が提供される。
【００３０】
すなわち、請求項４の発明では、Ｚ出力特性センサとリニア出力特性センサとの互いに出力特性の異なる空燃比センサが使用される。
Ｚ出力特性センサは、排気空燃比が目標空燃比よりリッチ側にあるか、リーン側にあるかにより出力が大きく変化するため空燃比が目標空燃比より高いか低いかを精度良く検出することができる反面、目標空燃比近傍では空燃比変化に対する出力変化が大きいため目標空燃比近傍での精密な空燃比制御を行うことが困難な問題がある。
【００３１】
一方、リニア出力センサは、空燃比変化に対する出力変化が広い空燃比範囲にわたって緩やかであるため、精密な空燃比制御を行う事ができるが、目標空燃比そのものの検出が難しい問題がある。
【００３２】
本発明では、上記の互いに異なる特性を有するＺ出力特性センサとリニア出力特性センサとを用いて空燃比を検出することにより、Ｚ出力特性センサにより目標空燃比を精度良く検出しつつ、リニア出力特性センサを用いて目標空燃比近傍で精密な空燃比制御を行うことが可能となるため、空燃比制御の精度が向上する。
【発明の効果】
【００３３】
各請求項に記載の発明によれば、出力特性のことなる複数の空燃比センサを使用して検出した排気空燃比に基づいて空燃比制御を行うようにしたことにより、空燃比検出精度が向上し精度の高い空燃比制御を行うことが可能となる共通の効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明を自動車用内燃機関に適用した実施形態の構成の概略を示す図である。
【００３５】
図１において、１は自動車用内燃機関、３は機関１の排気通路、７は排気通路３に配置された排気浄化触媒である。
【００３６】
本実施形態では、排気浄化触媒７は流入する排気の空燃比が理論空燃比近傍の狭い範囲にある場合に排気中のＮＯXとＨＣ、ＣＯの三成分を同時に浄化可能な公知のタイプの三元触媒とされている。
【００３７】
また、排気通路３の三元触媒７上流側には排気の空燃比を検出する上流側空燃比センサ３３が、三元触媒７の下流側の排気通路には２つの下流側空燃比センサ３５、３７が配置されている。
本実施形態では、上流側空燃比センサ３３は、例えば理論空燃比を中心にリッチ側空燃比とリーン側空燃比とで出力が急変する、いわゆるＺ出力特性センサとされている。
【００３８】
また、下流側空燃比センサ３３、３５は、本実施形態では上流側空燃比センサ３３と同様のＺ出力特性センサとされているが、後述するように出力が急変する中心の空燃比（中心空燃比）が互いに異なっており、中心空燃比が、例えば空燃比センサ３５では理論空燃比よりリッチ側に、空燃比センサ３７ではリーン側に、それぞれ変位した特性を有している。
【００３９】
空燃比センサ３５と３７とは排気通路３の略同じ場所に配置され、同じ位置の排気の空燃比を検出するようにされている。なお、本実施形態では空燃比センサ３５と３７とは互いに独立したハウジングを備えた別体のセンサとして構成されているが、１つのハウジングに２つの互いに特性の異なる検出部を収納したセンサとして構成することも可能である。なお、空燃比センサ３５と３７との出力特性については後に詳述する。
【００４０】
図１に３０で示すのは、機関１の電子制御ユニット（ＥＣＵ）である。
本実施形態では、ＥＣＵ３０は公知の構成のマイクロコンピュータとされ、機関１の燃料噴射制御や点火時期制御などの基本制御を行う他、本実施形態では空燃比センサ３３、３５、３７の出力に基づいて機関１の運転空燃比（排気空燃比）を制御する機関１の空燃比制御を行う。
【００４１】
上記各制御を行うため、ＥＣＵ３０の入力ポートには空燃比センサ３３から３７の出力が図示しないＡＤ変換器を介して入力されている他、機関クランク軸近傍に配置された回転数センサ４５から機関回転数に比例する周波数のパルス信号が、また、機関１の吸気マニホルド（図示せず）に配置された吸気圧センサ４７から機関の吸気圧力に対応する電圧信号が、それぞれ入力されている。
【００４２】
ＥＣＵ３０は回転数センサ４５からのパルス信号に基づいて機関回転数Ｎｅを算出し、算出したＮｅと吸気圧センサ４７で検出した機関吸気圧力ＰＭとに基づいて、あらかじめ定めた関係から機関１の吸入空気量Ｑを算出する。
【００４３】
算出した吸入空気量Ｑ及びＮｅは、後述する燃料噴射量ＦＩの演算に使用される。
また、ＥＣＵ３０の出力ポートは、燃料噴射回路を介して機関１の図示しない燃料噴射弁に接続され、機関１への燃料噴射を制御している。
【００４４】
次に、空燃比センサ３３、３５、３７の出力特性について説明する。
前述したように、本実施形態では空燃比センサ３３、３５、３７としてはいずれも中心空燃比を中心にリッチ側とリーン側とで出力が急変するＺ出力特性センサが使用されている。
【００４５】
図２は、上流側空燃比センサ３３の出力特性を示している。図２において横軸は排気空燃比λを、縦軸は空燃比センサ出力電圧Ｖを、それぞれ示している。
【００４６】
空燃比センサ３３は、理論空燃比を中心とした狭い空燃比領域では空燃比に応じて出力電圧が急激に変化し、この狭い空燃比領域を外れると出力が飽和して略一定値になる特性を有している。すなわち、空燃比センサ出力電圧Ｖは、図２に示すように、空燃比が中心空燃比（空燃比センサでは理論空燃比λ＝１）のときにα（中心電圧）となるが、中心空燃比を中心とした狭い領域で出力が急激に変化し、リッチ空燃比領域ではリッチ出力（α＋ΔＶ）に、リーン空燃比領域ではリーン出力（α−ΔＶ）にすぐに到達してしまう。
【００４７】
このため、空燃比センサ３３の出力からは、空燃比が理論空燃比よりリッチ側にあるか（Ｖ＞α）リーン側にあるか（Ｖ＜α）は正確に判定できるものの、理論空燃比（λ＝１）付近のきわめて狭い範囲では出力が急激に変化するため、理論空燃比近傍の空燃比を正確に検出することはできない。
【００４８】
このため、通常空燃比制御においてはＺ出力特性センサは、排気空燃比が理論空燃比よりリッチ側かリーン側かのみを判定するために用いられる。
【００４９】
次に、図３は本実施形態における下流側空燃比センサ３５、３７の出力特性を示す図２と同様な図である。
図３において、Ｖ１は空燃比センサ３５の出力を、Ｖ２は空燃比センサ３７の出力を、それぞれ示している。
【００５０】
図３に示すように、空燃比センサ３５、３７の出力特性は、ちょうど図２の空燃比センサ３３の出力特性を横軸に沿って並行移動させた形とされている。具体的には図２の空燃比センサ３３の出力特性では中心空燃比が理論空燃比（λ＝１）に設定されていたのに対して、図３、空燃比センサ３５の出力特性Ｖ１は、リッチ側にΔＲだけ変位しており中心空燃比が（λ＝１）−ΔＲになっている。また、空燃比センサ３７の出力特性は、空燃比センサ３３の出力特性に対してリーン側にΔＲだけ変位しており中心空燃比は（λ＝１）＋ΔＲとなっている。
【００５１】
一般に、Ｚ出力特性センサは電極のコート層の厚さや成分を変えることにより中心空燃比を理論空燃比から変位させることが可能である。本実施形態では、コート層を調整することにより、下流側空燃比センサ３５、３７を図３の出力特性に設定している。
【００５２】
本実施形態では、図３のように互いに出力特性の異なる下流側空燃比センサ３５、３７を用いて空燃比制御を行うことにより、従来より制度の高い空燃比制御を行うことが可能になっている。
【００５３】
以下、上記出力特性の異なる空燃比センサ３５、３７を用いた本実施形態の空燃比制御について説明するが、その前に本実施形態の空燃比制御の優位性の理解を容易にするために、従来の空燃比制御について説明する。
【００５４】
図４は、従来の空燃比制御装置の構成を示す図１と同様な図である。図４において、図１と同じ参照符号は図１のものと同じ要素を示している。図４に示すように、従来、三元触媒下流側の空燃比センサは単一の空燃比センサ３３３が使用されている。また、図４の例では、下流側空燃比センサ３３３は上流側空燃比センサ３３と同一のＺ出力特性（すなわち、中心空燃比が理論空燃比になるように設定されたＺ出力特性）を有している。
【００５５】
図５から図８は、図４に示した従来の空燃比センサを用いた空燃比制御操作を説明するフローチャートである。
図４（及び図１）の例では、機関１の燃料噴射量ＦＩは、次の式で算出される。
ＦＩ＝（Ｑ／Ｎｅ×Ｋ）×  ＦＡＦ
【００５６】
ここで、Ｑは機関１回転あたりの吸入空気量（ｍ3／ｒｅｖ）、Ｋは換算係数（定数）であり、（Ｑ／Ｎｅ×Ｋ）は機関にＱ／Ｎｅの空気が吸入されたときに、機関運転空燃比を理論空燃比に維持するために必要な燃料噴射量（基本燃料噴射量）である。
また、ＦＡＦは空燃比センサ出力に基づいて算出される空燃比フィードバック補正係数である。
【００５７】
図５、図６の空燃比制御操作（第１の空燃比フィードバック制御操作）では、上流側空燃比センサ３３（メイン空燃比センサ）出力に基づいてフィードバック補正係数ＦＡＦが算出される。
【００５８】
図５、図６の操作はＥＣＵ３０により一定時間毎に実行される。
図５の操作では、まずステップ５０１で空燃比フィードバック制御（Ｆ／Ｂ）実行条件が成立しているか否かが判定される。フィードバック制御実行条件は例えば、空燃比センサ３３が活性化していること、機関暖機が完了していること、等である。
Ｆ／Ｂ条件が成立していない場合には、空燃比フィードバック制御は実行されず、本操作は直ちに終了する。
【００５９】
また、ステップ５０１でＦ／Ｂ実行条件が成立していた場合には、ステップ５０２に進み、上流側空燃比センサ３３の出力ＶＭをＡＤ変換して読込み、ステップ５０３でＶＭが中心空燃比α以下か否か（すなわち現在の排気空燃比がリーンか否か）が判定される。
【００６０】
ステップ５０４から５１５は上流側空燃比センサに基づく空燃比フラグＦ１の設定を示す。本実施形態では、ステップ５０３で上流側空燃比センサ３３出力ＶＭがリーン空燃比からリッチ空燃比に（またはリッチ空燃比からリーン空燃比に）変化したときには、変化後の空燃比がある時間（ＴＤＬまたはＴＤＲに相当する遅延時間）続いたときに初めて空燃比フラグＦ１の値を変化させる。
【００６１】
ステップ５０４から５１５において、ＣＤＬＹは図５の操作実行毎に一定値ずつ増減される計時カウンタ、ＴＤＬ、ＴＤＲは遅延時間に相当するカウンタ値、Ｆ１は空燃比フラグであり、Ｆ１＝０はリーン空燃比、Ｆ１＝１はリッチ空燃比を表している。
【００６２】
後述するように、遅延時間（ＴＤＬ、ＴＤＲ）を設けたことにより図８に示すように外乱などにより短時間空燃比が変動した場合（図８（Ａ）のＮ）には空燃比フラグＦ１の値は変化しないため、空燃比制御が小さな空燃比変動に影響を受けずに安定するようになる。
【００６３】
図５ステップ５０４から５１５で空燃比フラグＦ１の値が設定されると、次に図６ステップ５１６から５２３では、Ｆ１の値に基づいて空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦの値が設定される。
【００６４】
本実施形態では、前述した特許第３５５１７８２号の空燃比制御と同様に、空燃比がリッチからリーン（またはリーンからリッチ）に変化したとき、すなわち、ステップ５１６で空燃比フラグＦ１の値が１から０または０から１に変化したときには変化直後にステップ状にＦＡＦをＲＳＬだけ低減（またはＲＳＲだけ増大）し、空燃比が変化していないとき（すなわち、Ｆ１の値が反転していないとき）には、空燃比がリッチである限り（またはリーンである限り）ＦＡＦの値を本操作実行毎に一定量ＫＩＬずつ低減（またはＫＩＲずつ増大）する。
【００６５】
すなわち、空燃比変化後にＦＡＦの値をステップ状に変化させるスキップ制御とＦＡＦの値を一定割合で変化させる積分制御とが空燃比フラグＦ１の値に応じて行われる。
また、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦの値はステップ５２３で所定の上限値と下限値とを越えないように制限される。
【００６６】
図８は、図５、図６の上流側空燃比センサ出力に基づく空燃比制御における各パラメータの変化を示すタイミング図であり、図８（Ａ）は上流側空燃比センサ３３の出力変化を示し、図８（Ｂ）から（Ｄ）はそれぞれ図５、図６の制御における計時カウンタＣＤＬＹ、空燃比フラグＦ１、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦの値を示している。
図８に示すように、図５、図６の空燃比制御操作により排気空燃比は理論空燃比を中心とした狭い範囲内に制御されるようになる。
【００６７】
ところが、図５、図６の空燃比制御により排気空燃比が理論空燃比を中心とした狭い範囲内に制御されるためには、上流側空燃比センサ３３出力が正確に排気空燃比と一致している必要があるが、実際には前述したように空燃比センサ３３が特定の気筒からの排気の影響を強く受けたり、空燃比センサの熱劣化による出力特性の変化により上流側空燃比センサ出力が必ずしも正確ではなくなる場合が生じる。
【００６８】
図５から図８の例では、上流側空燃比センサ３３に基づく空燃比制御に加えて、下流側空燃比センサ３３３出力を用いる第２の空燃比制御（図７）を行うことにより空燃比制御の誤差を低減している。
【００６９】
例えば、図８からわかるように、リッチ遅延時間ＴＤＲを大きくかつリーン遅延時間ＴＤＬを小さく、またはリッチスキップ量ＲＳＲを大きくリーンスキップ量ＲＳＬを小さく設定すると空燃比は全体的にリッチ空燃比側に移行する。また、リッチ積分量ＫＩＲを大きくリーン積分量ＫＩＬを小さく設定すると、同様に空燃比はリッチ空燃比側に移行する。
【００７０】
また逆に、リッチ遅延時間ＴＤＲを小さくかつリーン遅延時間ＴＤＬを大きく、またはリッチスキップ量ＲＳＲを小さくリーンスキップ量ＲＳＬを大きく、或は、リッチ積分量ＫＩＲを小さくリーン積分量ＫＩＬを大きく、設定すると空燃比は全体的にリーン空燃比側に移行する。
【００７１】
図７の第２の空燃比制御操作では、下流側空燃比センサ３３３出力に基づいてリッチスキップ量ＲＳＲとリーンスキップ量ＲＳＬとの値を増減することにより、上流側空燃比センサ３３出力に多少の誤差を生じた場合であっても、空燃比フィードバック制御補正係数ＦＡＦの値が下流側空燃比センサ３３３出力に基づいて補正されるようにしている。
【００７２】
図７の操作はＥＣＵ３０により一定時間毎に実行される。
図７の操作では、まずステップ７０１で下流側空燃比センサ出力に基づく第２の空燃比フィードバック制御の実行条件が成立しているか否かが判定される、この実行条件は、例えば上流側空燃比センサ出力に基づく第１の空燃比フィードバック制御が実行されていること、下流側空燃比センサが活性化していること、等である。
【００７３】
第２の空燃比フィードバック制御実行条件が成立している場合には、ステップ７０２に進み、下流側空燃比センサ３３３出力ＶＳをＡＤ変化して読込む。
【００７４】
そして、ステップ７０３では、下流側空燃比センサ出力電圧ＶＳが中心電圧αより低いか否か（すなわち、リーン空燃比か否か）が判定され、リーン空燃比かリッチ空燃比かに応じてリッチスキップ量ＲＳＲとリーンスキップ量ＲＳＬとの増減が行われる。
【００７５】
例えば、下流側空燃比センサ３３３出力がリーン空燃比である限りは、ステップ７０４でリッチスキップ量ＲＳＲの値が増大され、ステップ７０７ではリーンスキップ量ＲＳＬの値が低減される（ただし、ステップ７０５、７０６ではＲＳＲの値は上限値ＭＡＸで制限される）。このため、排気空燃比は徐々にリッチ空燃比側に移行するようになる。
【００７６】
また、逆に下流側空燃比センサ出力がリッチ空燃比である場合には、ＲＳＲの値が低減（ＲＳＬの値が増大）され、排気空燃比は徐々ににリーン空燃比側に移行するようになる。
【００７７】
上記のように、下流側空燃比センサ３３３出力ＶＳに基づいて第２の空燃比フィードバック制御を行うことにより、上流側空燃比センサ３３出力ＶＭに多少の誤差を生じた場合であっても、下流側空燃比センサ出力が正確である限りは空燃比制御に大きな狂いは生じない。
【００７８】
ところが、前述したように空燃比センサ出力は排気成分などによる影響を生じる場合もあり必ずしも常に下流側空燃比センサで精度良く排気空燃比を検出できない場合もある。
【００７９】
また、例えば図７の操作では下流側空燃比センサ出力がリーン相当かリッチ相当かのみによってスキップ量ＲＳＲの増減を一律にΔＲＳだけ行っている。このため、空燃比がかなり理論空燃比からずれている場合でも理論空燃比近傍である場合でもＲＳＲの増減速度は一定となっており、空燃比が理論空燃比から大きくはずれた場合には理論空燃比に収束するまでの時間を要するとともに、理論空燃比近傍で精密な空燃比制御ができない問題がある。
【００８０】
図１の実施形態では、図３に示すように特性の異なる２つの下流側空燃比センサ３５、３７を用いて第２の空燃比フィードバック制御を行うことにより、この問題を解決している。
【００８１】
従来の通常のＺ出力特性センサ（図２）では、実用上空燃比が理論空燃比よりリッチかリーンかしか判定することができない。また、排気成分の変化などにより中心空燃比がずれたような場合にはリッチ／リーンの判定結果はその影響を直接受けることになる。
【００８２】
これに対して、図３に示すように中心空燃比が理論空燃比を挟んで両側に等距離だけ変位した２つのＺ出力特性センサ３５、３７を使用すると、理論空燃比よりリッチかリーンかだけでなく、リッチ領域（図３、領域Ｉ）、理論空燃比近傍領域（図３、領域ＩＩ）、リーン領域（図３、領域ＩＩＩ）の３つの領域を判別することが可能となる。
【００８３】
すなわち、空燃比センサ３５出力Ｖ１と空燃比センサ３７出力Ｖ２とがそれぞれ中心出力αより大きいか否かを判定することにより、以下のようにそれぞれの空燃比領域を判断することが可能となるのである。
【００８４】
Ｖ１≧α  ：リッチ空燃比領域（領域Ｉ）
Ｖ１＜α、かつＶ２≧α  ：理論空燃比近傍領域（領域ＩＩ）
Ｖ２＜α  ：リーン空燃比領域（領域ＩＩＩ）
これにより、後述するようにそれぞれの領域に応じた第２の空燃比制御を行うことが可能となる。
【００８５】
また、例えば排気成分の変化などにより中心空燃比がずれたような場合（例えば、図３に点線で示すような場合）でも、上記領域ＩからＩＩＩの判定は中心空燃比のずれの分だけ影響は受けるものの、図２の場合のようにリッチ空燃比かリーン空燃比かの択一的な判断をする場合に比べて、ずれの影響は小さくなる。
【００８６】
図９は、図３の下流側空燃比センサ３５、３７出力を用いた本実施形態の第２の空燃比フィードバック制御操作を説明するフローチャートである。
【００８７】
本実施形態においても、図５、図６で説明した上流側空燃比センサ３３出力に基づく第１の空燃比フィードバック制御が行われ、第２の空燃比フィードバック制御のみが図７のものと異なっている。
【００８８】
図９の操作では、ステップ９０３と９０４で下流側空燃比センサ３５、３７の出力Ｖ１、Ｖ２を中心出力αと比較することにより、現在の空燃比が前述の領域ＩからＩＩＩのいずれにあるかを判定する（ステップ９０２〜９０７）。そして、現在の空燃比が領域Ｉ（リッチ空燃比領域）または領域ＩＩＩ（リーン空燃比領域）である場合には、ＲＳＲの補正量ΔＲＳを比較的大きな値ＲＳ１に設定し（ステップ９０５、９０６）、このΔＲＳを用いてリッチスキップ量ＲＳＲの増減を行う（ステップ９０９から９１１、ステップ９１２から９１４）。これにより、理論空燃比から比較的大きく空燃比がはずれている場合にはＲＳＲの値の変化速度が大きくなるため空燃比が短時間で理論空燃比に収束するようになる。
【００８９】
また、現在の空燃比が領域ＩＩ（理論空燃比近傍領域）にある場合には、ΔＲＳは比較的小さな値ＲＳ２に設定される（ステップ９０７）。これにより、空燃比が理論空燃比近傍にある場合にはＲＳＲの変化速度が小さくなり、空燃比が理論空燃比からはずれにくくなる。
【００９０】
また、空燃比が領域ＩＩにある場合には、ＲＳＲの増大／低減の判断は下流側空燃比センサ３５と３７の出力Ｖ１とＶ２との平均値１／２（Ｖ１＋Ｖ２）を用いて行う（ステップ９０８）。
【００９１】
図３からわかるように、出力平均値１／２（Ｖ１＋Ｖ２）は、下流側空燃比センサ３５、３７の両方の出力が飽和する領域（図３にＩＩ′で示す領域）ではαになる。従って、１／２（Ｖ１＋Ｖ２）がαより大きいか小さいかに応じてＲＳＲの値を増減（ステップ９０８から９１５）することにより、空燃比は領域ＩＩより更に狭い理論空燃比付近の領域ＩＩ′に制御されるようになり、理論空燃比近傍での空燃比の安定性が更に良好になる。
また、排気成分の変化により中心空燃比にずれが生じたような場合であっても、理論空燃比が上記領域ＩＩ′外になるような大きな中心空燃比ずれが生じない限り、空燃比は理論空燃比近傍の狭い範囲（領域ＩＩ′）に制御されるため、中心空燃比ずれの影響を最小に抑制することができる。
【００９２】
次に、本発明の別の実施形態について説明する。
上記実施形態では、下流側空燃比センサ３５、３７として中心空燃比が理論空燃比を挟んでリッチ側とリーン側とに変位した２つのＺ出力特性センサを用いて第２の空燃比フィードバック制御を行うことにより、空燃比制御の精度を向上させていた。
【００９３】
これに対して、本実施形態では下流側空燃比センサ３５として通常の（中心空燃比が理論空燃比になるように設定された）Ｚ出力特性センサを、下流側空燃比センサ３７として空燃比変化に対して緩やかに出力が変化するリニア出力特性センサを、それぞれ使用する点が上記実施形態と相違している。
【００９４】
図１０は、本実施形態の下流側空燃比センサ３５、３７の出力特性を説明する図３と同様な図である。
図１０において、Ｖ１は空燃比センサ３５の出力特性を示している。本実施形態では、空燃比センサ３５（Ｚ出力特性センサ）出力Ｖ１は、中心空燃比λ＝１を中心としてα＋ΔＶとα−ΔＶとの間で急激に変化する。
【００９５】
また、Ｖ２は空燃比センサ３７の出力特性を示している。空燃比センサ３７（リニア出力特性センサ）出力Ｖ２は中心空燃比λ＝１付近でも空燃比変化に対して緩やかに（本実施形態では直線的に）変化する。
【００９６】
前述したように、空燃比センサ３５出力Ｖ１は中心空燃比λ＝１近傍で急激に出力が変化するため、出力Ｖ１に基づいて空燃比がリッチ（λ＜１）かリーン（λ＞１）かの判別はきわめて明確にできるものの、第２の空燃比フィードバック制御に出力Ｖ２を用いたのでは理論空燃比近傍の狭い範囲に空燃比を制御することは困難である。
【００９７】
一方、空燃比センサ３７出力Ｖ２は空燃比λ＝１近傍でも出力が緩やかに変化するため、出力Ｖ２を用いて精度のよい空燃比制御を行うことができるものの、中心空燃比λ＝１付近の領域では出力Ｖ２≒αとなるため、この領域では空燃比がリッチかリーンかを正確に判別することが困難になる。
【００９８】
本実施形態では、上記のＺ出力特性センサとリニア出力特性センサとを組合わせて使用することにより精度の高い空燃比フィードバック制御を行うことを可能としている。
【００９９】
本実施形態では、図１０に示すように、リニア出力特性センサ３７出力Ｖ２の値に基づいて、空燃比領域が３つに分けられる。すなわち、図１０における領域Ｉ（Ｖ２≧α＋β）、領域ＩＩ（α＋β＞Ｖ２＞α−β）、領域ＩＩＩ（Ｖ２≦α−β）の３つの領域であり、これらは図３の領域Ｉ（リッチ空燃比領域）、領域ＩＩ（理論空燃比近傍領域）、領域ＩＩＩ（リーン空燃比領域）に対応している。
【０１００】
ところが、本実施形態では領域ＩＩを更にＺ出力特性センサ３５出力Ｖ２がαより大きいか小さいかに応じて２つの領域ＩＩ＋とＩＩ−に分割している点が図３の場合と相違する。ここで、領域ＩＩ＋は理論空燃比よりややリッチな空燃比領域（弱リッチ空燃比領域）、領域ＩＩ−は理論空燃比よりややリーンな空燃比領域（弱リーン空燃比領域）である。
【０１０１】
図１１は、本実施形態の下流側空燃比センサ３５、３７出力Ｖ１、Ｖ２を用いた、図９と同様な第２の空燃比フィードバック制御操作を示すフローチャートである。
【０１０２】
図１１のフローチャートは、ステップ１１０３と１１０４でリニア出力特性センサ３７出力Ｖ２を用いて現在の空燃比が領域ＩにあるかＩＩＩにあるかを判定する点、及び領域ＩにもＩＩＩにもない場合（すなわち領域ＩＩにある場合）には、更にステップ１１０８で、Ｚ出力特性センサ３５出力Ｖ１に基づいて空燃比が領域ＩＩ＋（弱リッチ空燃比領域）にあるか領域ＩＩ−（弱リーン空燃比領域）にあるかを判定し、それぞれの領域に応じたΔＲＳの値でリッチスキップ量を増減する点が図９のフローチャートと相違している。
【０１０３】
図１１の制御では、理論空燃比付近にも不感帯（図３における領域ＩＩ′）が生じることなくＲＳＲの値の更新が行われるため、図９の空燃比フィードバック制御の利点に加えて更に、空燃比を精密に理論空燃比に合致させることが可能となる。
【０１０４】
なお、上記実施形態では、スキップ制御と積分制御とを行う場合のスキップ量ＲＳＲを下流側空燃比センサ３５、３７出力に応じて増減する場合を例にとったが、本発明は遅延時間ＴＤＬまたはＴＤＲ、積分量ＫＩＬまたはＫＩＲうを下流側空燃比センサ３５、３７出力に応じて増減する場合にも同様に適用することができる。
【０１０５】
また、本発明によれば、目標空燃比（中心空燃比）近傍で精度よく空燃比を検出することが可能となるため、上記のスキップ制御と積分制御とを行う空燃比フィードバック制御以外であっても、空燃比センサ出力に基づいて空燃比を目標空燃比にフィードバック制御する空燃比制御であれば、本発明を適用することにより空燃比制御の精度を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明を自動車用内燃機関に適用した場合の、実施形態の概略構成を説明する図である。
【図２】一般的なＺ出力特性センサの出力特性を模式的に示す図である。
【図３】図１の実施形態の空燃比センサ出力特性を説明する図２と同様な図である。
【図４】従来の空燃比制御装置の構成を示す図である。
【図５】上流側空燃比センサ出力に基づく第１の空燃比フィードバック制御操作を説明するフローチャートの一部である。
【図６】上流側空燃比センサ出力に基づく第１の空燃比フィードバック制御操作を説明するフローチャートの一部である。
【図７】従来の下流側空燃比センサ出力に基づく第２の空燃比フィードバック制御操作を示すフローチャートである。
【図８】図５、図６の第１の空燃比フィードバック制御における各パラメータの変化を説明するタイミング図である。
【図９】図１の実施形態における下流側空燃比センサ出力に基づく第２の空燃比フィードバック制御操作を説明するフローチャートである。
【図１０】本発明の図３とは異なる実施形態の下流側空燃比センサ出力特性を模式的に示す図である。
【図１１】図１０の下流側空燃比センサを用いた場合の第２の空燃比フィードバック制御操作を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【０１０７】
１    機関本体
３    排気通路
７    排気浄化触媒
３０    ＥＣＵ（電子制御ユニット）
３３    上流側空燃比センサ
３５、３７    下流側空燃比センサ
【図１】
2007023968.tif 000003
【図２】
2007023968.tif 000004
【図３】
2007023968.tif 000005
【図４】
2007023968.tif 000006
【図５】
2007023968.tif 000007
【図６】
2007023968.tif 000008
【図７】
2007023968.tif 000009
【図８】
2007023968.tif 000010
【図９】
2007023968.tif 000011
【図１０】
2007023968.tif 000012
【図１１】
2007023968.tif 000013