(57)【要約】【課題】内燃機関の空燃比制御装置に関し、排気ガスセンサが正常なセンサ出力を発しない期間中であっても、排気ガスのエミッション特性が悪化するのを良好に抑制することを目的とする。【解決手段】内燃機関の排気通路に配置された上流触媒上流にメイン空燃比センサを配置する。当該上流触媒の下流にサブO2センサを配置する。メイン空燃比センサの異常出力中以外の状況下では、サブフィードバックを伴うメイン（第１の）フィードバック制御を実行する（ステップ１０２、１０４）。一方、メイン空燃比センサの異常出力中は、メイン（第１の）フィードバック制御を禁止するとともに、サブO2センサを利用するフィードバック制御を実行する（ステップ１０６、１０８）。【選択図】図４
2007247412.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た触媒と、
前記触媒の上流に配置された第１の排気ガスセンサと、
前記触媒の下流に配置された第２の排気ガスセンサと、
前記第１の排気ガスセンサの出力に基づいて、前記触媒上流の空燃比が制御目標空燃比となるように燃料噴射量を補正する第１のフィードバック手段と、
前記第２の排気ガスセンサの出力に基づいて、前記触媒下流の空燃比が制御目標空燃比となるように燃料噴射量を補正する第２のフィードバック手段と
前記第１の排気ガスセンサが正常な出力を発しているか否かを判別するセンサ出力判別手段とを備え、
前記第１の排気ガスセンサの出力が正常でないと判別される期間中は、前記第２のフィードバック手段を用いた空燃比のフィードバック制御を行うことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項２】
内燃機関の排気通路に備えられた触媒の上流に配置された第１の排気ガスセンサの出力に基づいて、前記触媒上流の空燃比が制御目標空燃比となるように燃料噴射量を補正する第１のフィードバック手段と、
前記触媒の下流に配置された第２の排気ガスセンサの出力に基づいて、前記触媒下流の空燃比が制御目標空燃比となるように燃料噴射量を補正する第２のフィードバック手段と、
前記第１の排気ガスセンサが正常な出力を発しているか否かを判別するセンサ出力判別手段とを備え、
前記第１の排気ガスセンサの出力が正常でないと判別される期間中は、前記第２のフィードバック手段を用いた空燃比のフィードバック制御を行うことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項３】
前記第１の排気ガスセンサの前記出力を検知するために印加する電圧と逆方向の電圧を印加した時の出力電流に基づき当該排気ガスセンサの故障診断を行う内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記センサ出力判別手段は、当該逆電圧の印加期間中およびその印加終了後の所定期間を合わせた故障診断期間を、前記第１の排気ガスセンサの出力が正常でない期間と判別するものであって、
前記第２の排気ガスセンサの出力に基づいて、前記触媒下流の空燃比が理論空燃比となるように、前記第１のフィードバック手段による前記補正に修正を施すサブフィードバック手段を更に備え、
前記故障診断期間以外の期間では、前記第１のフィードバック手段および前記サブフィードバック手段を用いた空燃比のフィードバック制御を実行し、
前記故障診断期間中は、前記第２のフィードバック手段を用いた空燃比のフィードバック制御を実行することを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項４】
前記第２のフィードバック手段によって用いられるフィードバックゲインが、前記第１のフィードバック手段によって用いられるフィードバックゲインに比して小さな値に設定されてい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】
この発明は、内燃機関の空燃比制御装置に係り、特に、車載用内燃機関の空燃比を制御する装置として好適な内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、限界電流式酸素センサの異常診断装置が開示されている。この従来の装置では、酸素センサの異常を検出するために、所定時間毎に逆電圧を酸素センサに印加することとしている。そして、その逆電圧印加時のセンサ電流値に基づいて、素子割れ等の故障が酸素センサに生じているか否かを判断することとしている。そして、素子割れが検出されると、当該酸素センサに基づく空燃比のフィードバック制御を中断させることとしている。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−３２７５８６号公報
【特許文献２】特開平１１−６８１３号公報
【特許文献３】特開２００４−３５３４９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記酸素センサ等の排気ガスセンサは、上記のような逆電圧の印加による故障診断の実行中には、正電圧の印加に伴うセンサ出力を検知することができない。また、逆電圧の印加終了後の所定期間は、逆電圧印加中に排気側電極にポンピングされた酸素イオンの影響により、正確なセンサ出力を検知することができない。このため、故障診断の実行中は、当該排気ガスセンサの出力を空燃比のフィードバック制御に用いるのを中断することが考えられる。しかしながら、その中断期間が不用意に長くなると、排気ガスのエミッション特性を適正値に維持することができなくなる。
【０００５】
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、排気ガスセンサが正常なセンサ出力を発しない期間中であっても、排気ガスのエミッション特性が悪化するのを良好に抑制することのできる内燃機関の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】
【０００６】
第１の発明は、内燃機関の排気通路に配置された触媒と、
前記触媒の上流に配置された第１の排気ガスセンサと、
前記触媒の下流に配置された第２の排気ガスセンサと、
前記第１の排気ガスセンサの出力に基づいて、前記触媒上流の空燃比が制御目標空燃比となるように燃料噴射量を補正する第１のフィードバック手段と、
前記第２の排気ガスセンサの出力に基づいて、前記触媒下流の空燃比が制御目標空燃比となるように燃料噴射量を補正する第２のフィードバック手段と
前記第１の排気ガスセンサが正常な出力を発しているか否かを判別するセンサ出力判別手段とを備え、
前記第１の排気ガスセンサの出力が正常でないと判別される期間中は、前記第２のフィードバック手段を用いた空燃比のフィードバック制御を行うことを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明は、内燃機関の排気通路に備えられた触媒の上流に配置された第１の排気ガスセンサの出力に基づいて、前記触媒上流の空燃比が制御目標空燃比となるように燃料噴射量を補正する第１のフィードバック手段と、
前記触媒の下流に配置された第２の排気ガスセンサの出力に基づいて、前記触媒下流の空燃比が制御目標空燃比となるように燃料噴射量を補正する第２のフィードバック手段と、
前記第１の排気ガスセンサが正常な出力を発しているか否かを判別するセンサ出力判別手段とを備え、
前記第１の排気ガスセンサの出力が正常でないと判別される期間中は、前記第２のフィードバック手段を用いた空燃比のフィードバック制御を行うことを特徴とする。
【０００８】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、前記第１の排気ガスセンサの前記出力を検知するために印加する電圧と逆方向の電圧を印加した時の出力電流に基づき当該排気ガスセンサの故障診断を行う内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記センサ出力判別手段は、当該逆電圧の印加期間中およびその印加終了後の所定期間を合わせた故障診断期間を、前記第１の排気ガスセンサの出力が正常でない期間と判別するものであって、
前記第２の排気ガスセンサの出力に基づいて、前記触媒下流の空燃比が理論空燃比となるように、前記第１のフィードバック手段による前記補正に修正を施すサブフィードバック手段を更に備え、
前記故障診断期間以外の期間では、前記第１のフィードバック手段および前記サブフィードバック手段を用いた空燃比のフィードバック制御を実行し、
前記故障診断期間中は、前記第２のフィードバック手段を用いた空燃比のフィードバック制御を実行することを特徴とする。
【０００９】
また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、前記第２のフィードバック手段によって用いられるフィードバックゲインが、前記第１のフィードバック手段によって用いられるフィードバックゲインに比して小さな値に設定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
第１または第２の発明によれば、第１の排気ガスセンサが正常でないと判別される期間中は、第２の排気ガスセンサの出力を利用するフィードバック制御によって、空燃比のフィードバック制御が継続して実行される。このため、本発明によれば、第１の排気ガスセンサが正常なセンサ出力を発しない期間中であっても、排気ガスのエミッション特性が悪化するのを良好に抑制することができる。
【００１１】
第３の発明によれば、故障診断期間中であるか否かによって、空燃比のフィードバック制御が、サブフィードバック制御を伴う第１のフィードバック制御と、第２の排気ガスセンサの出力を利用するフィードバック制御との間で切り換えられる。このため、本発明によれば、故障診断期間以外の期間では、サブフィードバック制御を伴う第１のフィードバック制御によって優れた排気浄化性能を得ることができ、故障診断期間中は、第２の排気ガスセンサの出力を利用するフィードバック制御によって排気浄化性能が悪化するのを効果的に抑制することができる。
【００１２】
第４の発明によれば、センサの配置場所の相違に伴う排気ガスの到達タイミングの相違を考慮して、空燃比のフィードバック制御に用いるゲインを適切に設定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
実施の形態１．
［実施の形態１の装置の構成］
図１は、本発明の実施の形態１における空燃比制御装置の構成を説明するための図である。図１に示すように、本実施形態の装置は、内燃機関の排気通路１０に配置された上流触媒（S/C）１２および下流触媒（U/F）１４を備えている。上流触媒１２および下流触媒１４は、何れも、CO、HCおよびNOxを同時に浄化することのできる三元触媒である。
【００１４】
上流触媒１２の上流および下流には、それぞれメイン空燃比センサ１６、およびサブO2センサ（酸素センサ）１８が配置されている。メイン空燃比センサ１６は、上流触媒１２に流入する排気ガスの空燃比A/Fに対してほぼリニアな出力を発するセンサである。一方、サブO2センサ１８は、上流触媒１２から流出してくる排気ガスが理論空燃比に対してリッチである場合にリッチ出力（例えば０．８V）を発生し、また、その排気ガスがリーンである場合にリーン出力（例えば０．２V）を発生するセンサである。
【００１５】
メイン空燃比センサ１６の出力、およびサブO2センサ１８の出力は、それぞれECU(Electronic Control Unit)（内燃機関の空燃比制御装置）２０に供給されている。ECU２０には、更に、エアフロメータ２２、およびクランク角センサ２４等の内燃機関の運転状態を検出するための各種センサと、燃料噴射弁２６などが接続されている。エアフロメータ２２は、内燃機関の吸入空気量Gaを検出するセンサである。クランク角センサ２４は機関回転数Neに応じた出力を発するセンサである。また、燃料噴射弁２６は、内燃機関の吸気ポートに燃料を噴射するための電磁弁である。
【００１６】
［実施の形態１における空燃比制御］
図２は、本実施形態の空燃比制御装置において実行される空燃比制御の内容を説明するための制御ブロック図である。尚、図２において、Cat１２は、図１に示す上流触媒１２に対応している。また、図２におけるA/Fs１６、およびVox１８は、それぞれ図１に示すメイン空燃比センサ１６、およびサブO2センサ１８に対応している。また、図２におけるEng３０は、図１に示すシステムが組み込まれる内燃機関の本体を意味するものとする。
【００１７】
本実施形態のシステムにおいて、メイン空燃比センサ１６は、内燃機関３０から流出し、上流触媒１２へ流入する排気ガスの空燃比に対応する出力A/Fs[v]を発生する。この出力A/Fsは、具体的には、上流触媒１２に流入する排気ガスの空燃比が大きいほど、つまり、その空燃比がリーンであるほど大きな値となる。
【００１８】
サブO2センサ１８は、上流触媒１２から下流触媒１４へ向かって流通する排気ガス中の酸素濃度に応じた出力Vox[v]を発生する。サブO2センサ１８の出力Vox[v]は、差分器３２に供給される。差分器３２では、その出力Voxとサブフィードバックの目標電圧Voxrefとの出力偏差Dvox＝Voxref−Voxが算出される。そして、サブフィードバックコントローラ３４は、上記の出力偏差Dvoxに対する「比例項Dvox・GainP」を算出する。また、サブフィードバックコントローラ３４は、上記の出力偏差Dvoxに対する「積分項Sumvox・GainI」を算出する。より具体的には、積分項Sumvox・GainIにおける出力偏差積算値Sumvoxは、今回の出力偏差Dvoxに所定の積算ゲインKgainを乗じた値に、前回の出力偏差積算値Sumvox(i−1)を加えることにより、Sumvox(i)＝Sumvox(i−1)＋(Dvox・Kgain)として算出される。
【００１９】
サブフィードバックコントローラ３４は、上記各項の和「Dvox・GainP＋Dlvox・GainD＋Sumvox・GainI」を、サブフィードバック補正量Vsfb[v]として算出する。このサブフィードバック補正量Vsfbは、加算器３６において、メイン空燃比センサ１６の出力A/Fsに加算され、その結果として、補正電圧値Vfbが算出される。
【００２０】
補正電圧値Vfbは、電圧−空燃比変換器３８に供給される。電圧−空燃比変換器３８は、電圧−空燃比変換マップを記憶しており、そのマップに従って、補正電圧値Vfbに対応する補正空燃比eabyfを決定する。電圧−空燃比変換器３８の処理によれば、より具体的には、補正電圧値Vfbが大きな値であるほど、補正空燃比eabyfは大きな値、つまり、リーンな値に決定される。
【００２１】
ECU２０は、後述するメイン空燃比センサ１６の異常検出時以外の状況下において、上記の如く決定された補正空燃比eabyfを基礎として「メイン（第１の）フィードバック制御」を実行する。メインフィードバック制御によれば、具体的には、上述した補正空燃比eabyfと目標空燃比（理論空燃比）との偏差を消滅させる目的で、メイン（第１の）フィードバックコントローラ４０が実行するPI制御によって、ベースの燃料噴射量に増減補正を施すための補正噴射量KAが算出される。その結果、これらのベースの燃料噴射量と補正噴射量KAの和となる最終的な燃料噴射量は、補正空燃比eabyfが理論空燃比に変化するように決定されることになる。
【００２２】
尚、この場合には、後述する第２のフィードバック補正量KPIに基づく補正噴射量KBはゼロとされ（図２参照）、最終的な燃料噴射量には反映されない。また、メインフィードバック制御の内容は、本発明の主要部ではなく、また、既に公知の事項であるため、ここでは、これ以上の説明は省略することとする。以下、出力A/Fsにサブフィードバック補正量Vsfbを反映させることによって、メインフィードバック制御の内容を修正することを「サブフィードバック制御」と称することとする。
【００２３】
一方、第２のフィードバックコントローラ４２は、上記の出力偏差Dvoxに対する「比例項Dvox・GainP’」と、「積分項Sumvox・GainI’」とを算出する。そして、第２のフィードバックコントローラ４２は、上記各項の和「Dvox・GainP’＋Sumvox・GainI’」を、第２のフィードバック補正量KPI[v]として算出する。この第２のフィードバック補正量KPIは、後述するメイン空燃比センサ１６の異常検出時において、補正噴射量KB[mg]に換算された後にベースの燃料噴射量[mg]に加算される。尚、この場合には、メインフィードバックコントローラ４０によって算出される補正噴射量KAはゼロとされ（図２参照）、最終的な燃料噴射量には反映されない。
【００２４】
また、第２のフィードバックコントローラ４２で用いられる比例項ゲインGainP’および積分項ゲインGainI’は、メインフィードバックコントローラ４０で用いられる比例項ゲインGpmfbおよび積分項ゲインGimfbに比して小さな値に設定される。
【００２５】
［逆電圧印加によるセンサの故障診断］
本実施形態のシステムでは、メイン空燃比センサ１６の故障診断が定期的に実行される。メイン空燃比センサ１６は、ジルコニア等で構成された電解質層と、排気ガスに晒されるように設けられた排気側電極と、大気層に晒されるように設けられた大気側電極とを備えている。そして、メイン空燃比センサ１６には、センサ出力を検出するための正電圧と、故障診断を実施するための逆電圧とが選択的に印加される。正電圧を印加すると、大気側電極と排気側電極との間には、排気ガス中の酸素過不足量に応じたセンサ電流、つまり、排気ガスの空燃比に応じたセンサ電流が流通する。このため、そのセンサ電流を検出すれば、排気空燃比を検知することができる。
【００２６】
一方、逆電圧を印加すると、大気側電極の表面に接している酸素がイオン化されて排気側電極に向けてポンピングされる。その結果、排気側電極と大気側電極との間には、大気層中の酸素濃度と相関を有する負の電流（逆電流）が流通する。つまり、センサ素子が正常であれば、大気中の酸素濃度に対応する電流が流通し、センサ素子に割れが生じており、大気層中に排気ガスが混入している場合は、大気層中の酸素濃度が下がるため、センサ素子を流れる電流は、正常電流に比して小さなものとなる。
【００２７】
このように、排気側電極と大気側電極との間に電圧を印加することで発生する電流の値は、センサ素子に割れが生じているか否かに応じて変化する。従って、かかる電流値の変動に基づいて、センサ素子に割れが生じているか否かを判断することができる。尚、素子割れの発生時には、排気通路を流通する空気量が多いほど、大気層に空気が流入し易い。このため、逆電圧の印加の時期、すなわち、故障診断の実行時期は、内燃機関が安定した高負荷状態にあるときとされている。
【００２８】
図３は、逆電圧を印加した場合におけるメイン空燃比センサ１６の出力電流の変化を説明するための図である。より具体的には、図３（Ａ）は、逆電圧印加の成否を表すフラグを、図３（Ｂ）は、メイン空燃比センサ１６の出力電流の変化を表す波形を、それぞれ示している。尚、ここでは、図３（Ａ）に示す逆電圧印加期間Aおよびその印加終了後に正常なセンサ出力が安定して得られるまでに要する所定期間Bは、それぞれ固定期間であるものとする。また、これらの期間（A＋B）のことを、本明細書中においては「故障診断期間」と称することがある。
【００２９】
メイン空燃比センサ１６の故障診断の実行中、すなわち、逆電圧の印加中は、正電圧印加に伴うセンサ出力を検知することができない。また、逆電圧印加終了直後においては、逆電圧印加中に排気側電極にポンピングされた酸素イオンの影響により、正確なセンサ出力を検知することができない。このため、その故障診断期間については、メイン空燃比センサ１６の出力を基礎とするメインフィードバック制御を中断することが考えられる。
【００３０】
しかしながら、その故障診断によってメインフィードバック制御の中断期間が不用意に長くなると、排気ガスのエミッション特性を適正値に維持することができなくなる。そこで、本実施形態のシステムでは、そのような故障診断期間においては、サブフィードバック制御を伴うメイン空燃比フィードバック制御の実行を禁止するとともに、当該故障診断期間においても良好な排気ガスのエミッション特性を維持させるべく、サブO2センサ１８の出力Voxを基礎とする第２のフィードバック制御を実行することとした。
【００３１】
［実施の形態１における具体的処理］
図４は、上記の機能を実現するために、本実施形態においてECU２０が実行するルーチンのフローチャートである。図４に示すルーチンでは、先ず、排気ガスセンサ（メイン空燃比センサ１６）が異常出力中であるか否かが判別される（ステップ１００）。ここでは、上述した故障診断期間中であるときに、排気ガスセンサの異常出力中であると判定するようにしている。
【００３２】
上記ステップ１００において、センサ異常出力中でないと判定された場合、すなわち、故障診断期間中でない場合には、メイン空燃比センサ１６の出力を基礎とするメインフィードバック制御が実行される（ステップ１０２）とともに、メインフィードバック制御の内容を修正すべく、サブO2センサ１８の出力Voxを基礎とするサブフィードバック制御が実行される（ステップ１０４）。
【００３３】
（サブフィードバック制御を伴うメインフィードバック制御）
図５は、上記ステップ１０２および１０４の処理に対応して、ECU２０が実行するルーチンのフローチャートである。図５に示すルーチンでは、先ず、メインA/Fセンサ１６の出力A/Fｓが検出される（ステップ２００）。次いで、サブO2センサ１８の出力Voxが検出され（ステップ２０２）、その出力Voxに基づいて、サブフィードバック補正量Vsfbが算出される（ステップ２０４）。
【００３４】
本ステップ２０４では、具体的には、先ず、サブO2センサ１８の出力Voxとサブフィードバックの目標電圧Voxrefとの出力偏差Dvox＝Voxref−Voxが算出される。そして、その出力偏差Dvoxに比例ゲインGainPを掛け合わせた比例項Dvox・GainPと、その出力偏差Dvoxの積分値に積分ゲインGainIを掛け合わせた積分項Sumvox・GainIが算出される。そして、それらが足し合わされることにより、サブフィードバック補正量Vsfb＝Dvox・GainP＋Sumvox・GainIが算出される。
【００３５】
次に、メインA/Fセンサ１６の出力A/Fｓとサブフィードバック補正量Vsfbとを加算することにより、補正電圧値Vfbが算出される（ステップ２０６）。次いで、その補正電圧値Vfbに対応する補正空燃比eabyfが算出される（ステップ２０８）。ECU２０は、補正電圧値Vfbと補正空燃比eabyfとの関係を定めたマップを記憶しており、ここでは、そのマップに従って補正空燃比eabyfが算出される。
【００３６】
次に、補正空燃比eabyfを目標空燃比（理論空燃比）とすべく、メインフィードバックコントローラ４０によって補正噴射量KAが算出される（ステップ２１０）。次いで、ベース噴射量が算出され（ステップ２１２）、そのベース噴射量を補正噴射量KAで補正することにより、最終的な燃料噴射量が算出される（ステップ２１４）。
【００３７】
以上説明したメインフィードバック制御によれば、上流触媒１２に流入する排気ガスの空燃比が、理論空燃比（ストイキ）を制御中心とする目標空燃比と一致するように燃料噴射量の制御が行われる。また、上記のサブフィードバック制御によれば、上流触媒１２の下流に流出してくる排気ガスの空燃比が理論空燃比となるように、より具体的には、上流触媒１２の下流に配置されたサブO2センサ１８の出力がストイキ出力となるように、メインフィードバック制御の内容が修正される。これらの制御によれば、燃料噴射量を適切に随時補正し、上流触媒１２の下流における空燃比を精度良くストイキの近傍値に維持することができ、優れた排気浄化性能を得ることができる。
【００３８】
一方、図４に示すルーチンでは、上記ステップ１００において、センサ異常出力中であると判定された場合、すなわち、故障診断期間中である場合には、サブフィードバック制御を伴うメインフィードバック制御が禁止される（ステップ１０６）とともに、サブO2センサ１８の出力を基礎とする第２のフィードバック制御が実行される（ステップ１０８）。第２のフィードバック制御によれば、上流触媒１２の下流に流出してくる排気ガスの空燃比が、理論空燃比を制御中心とする目標空燃比と一致するように燃料噴射量の制御が行われる。
【００３９】
（サブO2センサを利用した第２のフィードバック制御）
図６は、上記ステップ１０６および１０８の処理に対応して、ECU２０が実行するルーチンのフローチャートである。図６に示すルーチンでは、先ず、サブO2センサ１８の出力Voxが検出される（ステップ３００）。次いで、その出力Voxに基づいて、第２のフィードバック補正量KPIが算出される（ステップ３０２）。
【００４０】
本ステップ３０２では、具体的には、先ず、サブO2センサ１８の出力Voxとサブフィードバックの目標電圧Voxrefとの出力偏差Dvox＝Voxref−Voxが算出される。そして、その出力偏差Dvoxに比例ゲインGainP’を掛け合わせた比例項Dvox・GainP’と、その出力偏差Dvoxの積分値に積分ゲインGainI’を掛け合わせた積分項Sumvox・GainI’が算出される。そして、それらが足し合わされることにより、第２のサブフィードバック補正量KPI＝Dvox・GainP’＋Sumvox・GainI’が算出される。
【００４１】
次に、第２のサブフィードバック補正量KPIが補正噴射量KBに換算され（ステップ３０４）、次いで、ベース噴射量が算出される（ステップ３０６）。そして、そのベース噴射量を補正噴射量KBで補正することにより、最終的な燃料噴射量が算出される（ステップ３０８）。
【００４２】
図７は、第２のフィードバック制御による動作の概要を説明するためのタイミングチャートである。より具体的には、図７（Ａ）はサブO2センサ１８の出力Voxの波形、図７（Ｂ）は第２のフィードバック補正量KPIの波形である。第２のフィードバック制御では、図７に示すように、サブO2センサ１８の出力Voxと目標電圧（ストイキ出力）Voxrefとを比較して、現在の出力Voxがストイキに対してリッチ側であるときは、燃料噴射量を減量させるべく、第２のフィードバック補正量KPIはゼロより小さな値とされる。一方、現在の出力Voxがストイキに対してリーン側であるときは、燃料噴射量を増量させるべく、第２のフィードバック補正量KPIはゼロより大きな値とされる。
【００４３】
サブO2センサ１８は、上流触媒１２から流出してくる排気ガスの空燃比が理論空燃比の近傍で変化する場合に、０．８[v]程度のリッチ側上限値と、０．２[v]程度のリーン側下限値との間で、その出力Voxを敏感に変化させる。このため、上流触媒１２に流れ込む排気ガスの空燃比がリッチ側或いはリーン側にずれていれば、サブO2センサ１８の出力Voxは、そのずれの影響を検知した時点で、リッチ側上限値（０．８[v]）或いはリーン側下限値（０．２[v]）に向かって急変する。
【００４４】
上記の比例項Dvox・GainP’は、出力偏差Dvoxに応じた値であるため、出力Voxの反転時には、図７（Ｂ）に示すように、フィードバック補正量KPIは、比例項Dvox・GainPによって増量側或いは減量側の値にスキップされることになる。このように、比例項Dvox・GainP’によれば、出力偏差Dvoxの大小を直接的にフィードバック補正量KPIの修正に反映させることができる。
【００４５】
また、上記積分項Sumvox・GainI’は、出力偏差積算値Sumvoxに応じた値であり、出力Voxが瞬間値としてどのような値を示しているかによらず、上流触媒１２の下流における排気空燃比が、理論空燃比に対してどのような偏りを有しているかを表している。このため、フィードバック補正量KPIは、図７（Ｂ）に示すように、出力Voxが次の反転時点に達するまでの間は、上記積分項Sumvox・GainI’の作用によって、現時点の出力偏差Dvoxを打ち消す方向に、徐々に増加または減少させられる。このように、積分項Sumvox・GainI’によれば、瞬間的な空燃比に影響されることなく、その空燃比の変動中心を理論空燃比に収束させるための補正を実現することができる。
【００４６】
このため、以上の第２のフィードバック制御によれば、メイン空燃比センサ１６の出力を空燃比の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状況下においても、サブO2センサ１８を利用した空燃比のフィードバック制御を継続することで、燃料噴射量を適切に随時補正し、上流触媒１２の下流における空燃比を精度良くストイキの近傍値に維持することが可能となる。
【００４７】
以上説明した図４に示すルーチンによれば、メイン空燃比センサ１６の故障診断中は、サブフィードバック制御を伴うメインフィードバック制御から、サブO2センサ１８を利用した第２のフィードバック制御に切り換えられる。これにより、故障診断中も空燃比のフィードバック制御が継続して実行されることになる。このため、本実施形態のシステムによれば、排気ガスのエミッション特性が排気ガスセンサの故障診断の実行によって悪化するのを良好に軽減させることができる。
【００４８】
メイン空燃比センサ１６の下流に配置されたサブO2センサ１８は、メイン空燃比センサ１６に比して遅れたタイミングで排気ガスの空燃比を検出する。第２のフィードバック制御において第２のフィードバック補正量KPIの算出に用いられる比例項ゲインP’および積分項ゲインGainI’は、既述したように、メインフィードバック制御においてメインフィードバックコントローラ４０で用いられる比例項ゲインGpmfbおよび積分項ゲインGimfbに比して小さな値に設定されている。このため、そのようなゲインの設定によれば、センサの配置場所の相違に伴う排気ガスの到達タイミングの相違を考慮して、空燃比のフィードバック制御に用いるゲインを適切に設定することができる。
【００４９】
ところで、上述した実施の形態１においては、上流触媒１２の上流に配置されるセンサがA/Fセンサとされ、また、その下流に配置されるセンサが酸素センサとされているが、本発明において用い得るセンサは、これらの組み合わせに限定されるものではない。すなわち、それらのセンサは、何れも、A/Fセンサ、酸素センサ、NOxセンサ、HCセンサなど、フィードバック制御の基礎として排気ガスの特性を検出するセンサであれば、如何なるセンサであってもよい。
【００５０】
尚、上述した実施の形態１においては、上流触媒１２が前記第１または第２の発明における「触媒」に、メイン空燃比センサ１６が前記第１または第２の発明における「第１の排気ガスセンサ」に、サブO2センサ１８が前記第１または第２の発明における「第２の排気ガスセンサ」に、それぞれ相当している。また、ECU２０が、上記ステップ２００および２１０〜２１４の処理を実行することにより前記第１または第２の発明における「第１のフィードバック手段」が、上記ステップ３００〜３０８の処理を実行することにより前記第１または第２の発明における「第２のフィードバック手段」が、上記ステップ１００の処理を実行することにより前記第１または第２の発明における「センサ出力判別手段」が、それぞれ実現されている。
また、ECU２０が上記ステップ２０２〜２０８の処理を実行することにより前記第３の発明における「サブフィードバック手段」が実現されている。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施の形態１における空燃比制御装置の構成を説明するための図である。
【図２】本実施形態の空燃比制御装置において実行される空燃比制御の内容を説明するための制御ブロック図である。
【図３】逆電圧を印加した場合におけるメイン空燃比センサの出力電流の変化を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態１において実行されるメインルーチンのフローチャートである。
【図５】図４に示すルーチンのステップ１０２および１０４の処理に対応して実行されるルーチンのフローチャートである。
【図６】図４に示すルーチンのステップ１０６および１０８の処理に対応して実行されるルーチンのフローチャートである。
【図７】第２のフィードバック制御による動作の概要を説明するためのタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００５２】
１０  排気通路
１２  上流触媒
１４  下流触媒
１６  メイン空燃比センサ
１８  サブO2センサ
２０  ECU(Electronic Control Unit)
２６  燃料噴射弁
３０  内燃機関
３４  サブフィードバックコントローラ
４０  メイン（第１の）フィードバックコントローラ
４２  第２のフィードバックコントローラ
【図１】
2007247412.tif 000003
【図２】
2007247412.tif 000004
【図３】
2007247412.tif 000005
【図４】
2007247412.tif 000006
【図５】
2007247412.tif 000007
【図６】
2007247412.tif 000008
【図７】
2007247412.tif 000009