(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体電解質素子に電極が配されて成り、エンジンからの排ガス中における空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記空燃比検出手段における前記固体電解質素子の温度が所定の温度となるように調整する温度調整手段と、
感度を優先させる排ガス中の特定ガスを決定する優先度決定手段とを備え、
前記温度調整手段は、前記優先度決定手段により決定された特定の排ガスに対する検出感度を変更するために、前記固体電解質素子の温度を調整することを特徴とする内燃機関の排ガス浄化装置。
【請求項２】
固体電解質素子に電極が配されて成り、エンジンからの排ガス中における空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記空燃比検出手段における前記固体電解質素子の温度が所定の温度となるように調整する温度調整手段と、
エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段とを備え、
前記温度調整手段は、前記運転状態検出手段により検出された運転状態に基づいて、特定の排ガスに対する検出感度を変更するために、前記固体電解質素子の温度を調整することを特徴とする内燃機関の排ガス浄化装置。
【請求項３】
前記温度調整手段は、前記空燃比検出手段の内部抵抗を検出することにより前記固体電解質素子の温度を推定することで、前記固体電解質素子の温度を調整することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
【請求項４】
前記温度調整手段は、排気温センサもしくは排気温と関連するパラメータの少なくともいずれかにより、前記固体電解質素子の温度を調整するための熱量を決定することを特徴とする請求項１乃至３に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
【請求項５】
前記温度調整手段は、排気温と関連するパラメータにより、前記固体電解質素子の温度を調整するための熱量を決定するものであり、前記排気温と関連するパラメータは、エンジン負荷、エンジン回転速度、吸入空気量、スロットル開度、燃料噴射量、エンジン暖機状態の少なくと一つであることを特徴とする請求項１乃至３に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
【請求項６】
前記運転状態検出手段は、前記空燃比検出手段が検出する排ガス成分と関連するパラメータを運転状態を検出するためのパラメータとすることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
【請求項７】
前記空燃比検出手段が検出する排ガス成分と関連するパラメータとは、エンジン負荷、エンジン回転速度、吸入空気量、エンジン暖機状態、空燃比、燃料噴射量、触媒状態の少なくともいずれか一つであることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
【請求項８】
前記触媒状態とは、触媒温度、触媒出ガス温度、触媒内の空燃比度合いの少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
【請求項９】
前記優先度決定手段は、特定ガスの排出量の増加が推定される場合に、感度を優先させるガスとして前記増加が推定される特定ガスを設定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
【請求項１０】
前記優先度決定手段は、運転条件の変化に応じて排出量の増加が推定される特定ガスを推定することを特徴とする請求項９に記載の排ガス浄化装置。
【請求項１１】
前記運転条件の変化は、エンジン負荷に関連するパラメータが低負荷から高負荷への変化であることを特徴とする請求項１０に記載の排ガス浄化装置。
【請求項１２】
前記優先度決定手段は、空燃比の変化に応じて排出量の増加が推定される特定ガスを推定することを特徴とする請求項９乃至１１に記載の排ガス浄化装置。
【請求項１３】
前記温度調整手段は、低負荷時よりも高負荷時の方が前記固体電解質素子の温度が高くなる様に調整することを特徴とする請求項１乃至１２に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
【請求項１４】
内燃機関の排ガス通路に設けられた排ガス浄化用の触媒と、
前記触媒の上流側に設けられ、排ガス中の空燃比を検出する上流側空燃比センサと、
前記触媒の下流側に設けられ、排ガス中の空燃比を検出する下流側空燃比センサとを備え、
前記温度調整手段は、エンジン運転状態に応じて前記下流側空燃比センサの固体電解質素子の温度を調整することを特徴する請求項２に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
【請求項１５】
内燃機関の排ガス通路に設けられた排ガス浄化用の触媒と、
前記触媒の上流側に設けられ、排ガス中の空燃比を検出する上流側空燃比センサと、
前記触媒の下流側に設けられ、排ガス中の空燃比を検出する下流側空燃比センサとを備え、
前記温度調整手段は、優先度決定手段により優先された排ガス中の特定ガスに対する感度が向上するように前記下流側空燃比センサの固体電解質素子の温度を調整することを特徴する請求項１に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
【請求項１６】
前記温度調整手段は、エンジン負荷に関連するパラメータに基づき低負荷時よりも高負荷時な程、前記固体電解質素子の温度が高くなるように調整することを特徴する請求項１乃至１５に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
【請求項１７】
前記温度調整手段は、空燃比がリッチな場合よりもリーンな場合の方が固体電解質素子の温度が高くなる様に調整することを特徴とする請求項１乃至１６に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
【請求項１８】
内燃機関の排ガス通路に設けられた排ガス浄化用の触媒と、
前記触媒の上流側に設けられ、排ガス中の空燃比を検出する上流側空燃比センサと、
前記触媒の下流側に設けられ、排ガス中の空燃比を検出する下流側空燃比センサとを備え、
前記温度調整手段は、前記触媒上流の空燃比に応じて前記固体電解質素子の温度を調整することを特徴する請求項１乃至１７に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排ガス中の空燃比を検出するセンサに付設されたヒータを制御するためのヒータ制御装置を備える内燃機関の排ガス浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
従来、内燃機関の排気管に設けられた触媒の上流に空燃比センサを設け、この空燃比センサの出力が目標空燃比となるように制御する装置が知られている。また、触媒下流にさらに空燃比センサを設け、この下流空燃比センサ出力に基づいて触媒上流の目標空燃比を補正する技術が知られている。
【０００３】
しかしながら、従来のこの種の装置では、空燃比センサの固体電解質素子（センサ素子）の温度変化により同一空燃比でも出力特性が変化してしまうという問題があった。そのため、例えば特開平９−１２７０３５号公報に開示されているように、センサ素子を加熱するヒータの通電電流を制御して空燃比センサの素子温を一定にすることにより検出精度を向上させる技術が知られている。また、米国特許登録５２６３３５８号に開示されているように、空燃比センサのセンサ素子温に応じてセンサ出力特性を補正することにより検出精度を向上させるといった技術が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、将来、益々厳しくなる排ガス規制に対応するために、空燃比の検出精度もさることながら，ＮＯｘ・ＨＣ・ＣＯ等の特定ガスを検出することが求められている。しかしながら、例えば、ＮＯｘセンサ・ＨＣセンサに代表されるように各ガス成分を検出するためのセンサの研究開発が進められているが、大幅なコストアップになるという課題がある。
【０００５】
なお、先に示した従来技術は、空燃比に対する検出精度は向上できるが、特定ガスに対する検出精度（反応）を向上できる技術ではない。
【０００６】
従って本発明は、空燃比センサの特定ガスに対する検出感度（反応）を意図的に変更することにより，比較的安価に特定ガスを検出できる内燃機関の排ガス浄化装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１は、固体電解質素子に電極が配されて成り、エンジンからの排ガス中における空燃比を検出する空燃比検出手段と、前記空燃比検出手段における前記固体電解質素子の温度が所定の温度となるように調整する温度調整手段と、排ガス中の特定ガスに対する感度を優先させる優先度決定手段とを備え、前記温度調整手段は、前記優先度決定手段により決定された特定の排ガスに対する検出感度を変更するために、前記固体電解質素子の温度を調整する構成とした。
【０００８】
これにより、低減したい排ガス成分もしくは検出したい排ガス成分に対する検出性を向上できる。
【０００９】
本発明の請求項２は、固体電解質素子に電極が配されて成り、エンジンからの排ガス中における空燃比を検出する空燃比検出手段と、前記空燃比検出手段における固体電解質素子の温度が所定の温度となるように調整する温度調整手段と、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段とを備え、前記温度調整手段は、前記運転状態検出手段により検出された運転状態に基づいて、特定の排ガスに対する検出感度を変更するために、前記固体電解質素子の温度を調整する構成とした。
【００１０】
これにより、低減したい排ガス成分もしくは検出したい排ガス成分に対する検出性を向上できる。
【００１１】
請求項３にかかる発明において、温度調整手段は、空燃比検出手段の内部抵抗を検出することで固体電解質素子の温度を推定することにより、固体電解質素子の温度を調整する。
【００１２】
請求項４にかかる発明では、排気温センサもしくは排気温と関連するパラメータの少なくともいずれかにより、固体電解質素子の温度を調整するため熱量を決定する。
【００１３】
請求項５にかかる発明においては、排気温センサを用いない場合、エンジン負荷、エンジン回転速度、吸入空気量、スロットル開度、燃料噴射量、エンジン暖機状態の少なくともいずれか一つに基づいて固体電解質の温度を調整する。
【００１４】
請求項６にかかる発明においては、運転状態検出手段は、空燃比検出手段が検出する排ガス成分（ＮＯｘ，ＣＯ，ＨＣ等）と関連するパラメータを運転状態検出パラメータとしている。これにより、運転条件から間接的に低減したい排ガス成分を想定することができる。
【００１５】
請求項７にかかる発明においては、空燃比検出手段が検出する排ガス成分と関連するパラメータを、エンジン負荷、エンジン回転速度、吸入空気量、エンジン暖機状態、空燃比、燃料噴射量、触媒状態の少なくともいずれか一つとする。
【００１６】
これにより、エンジン負荷、エンジン回転速度、吸入空気量、エンジン暖機状態等から燃焼温度が高く排ガス成分としてＮＯｘが多い運転条件時は，ＮＯｘの検出感度を向上させることによりエミッションを低減することができる。これに対して逆の運転条件下では、排ガス成分としてＣＯ・ＨＣが多いのでＣＯ・ＨＣに対する検出感度を向上させることができる。
【００１７】
また排ガス中の成分は、空燃比がリッチな場合はＣＯ・ＨＣ等が増大し、空燃比がリーンな場合はＮＯｘが増大する。このため空燃比に対して検出感度を変更することが望ましい。
【００１８】
請求項８にかかる発明においては、触媒状態を、触媒温度、触媒出ガス温度、触媒内の空燃比度合いの少なくともいずれか一つとする。
【００１９】
特に触媒下流の空燃比センサに本発明を適用する場合には触媒温度及び触媒内の空燃比状態でも排ガス中の成分が異なるため触媒状態に応じて検出感度を変更するようにするとよい。
【００２０】
請求項９において、優先度決定手段は、特定ガスの排出量の増加が推定される場合に、感度を優先させるガスとして前記増加が推定される特定ガスを設定する。これにより特定ガスの排出量の増加が推定される場合に、その特定ガスに対する感度を事前に向上させておくことができる。
【００２１】
このとき、請求項１０のように、運転条件の変化に応じて排出ガスが増加するガスを推定すると良い。特に、スロットル開度の増加から加速が実施される判断された場合は、高負荷になり燃焼温度が増加しＮＯｘの排ガスの増加が予想されるので、事前にＮＯｘの検出感度を増加させておくようにすると良い。
【００２２】
また、請求項１１のように、エンジン負荷に関連するパラメータの低負荷から高負荷への変化に応じて排ガスが増加するガスを推定すると良い。
【００２３】
また、燃料カットからの復帰時や目標空燃比をリーンからリッチに切り替る場合、触媒内に貯まった酸素の影響により大量に排出されるＮＯｘを低減するために所定期間空燃比を強制的にリッチにして触媒に導入する技術が知られている。このような技術においては、触媒後の空燃比センサによりリッチが検出されたら強制的にリッチにすることを中止している。しかしながら、リッチガスが検出されてから強制リッチを停止するためエミッションが悪化してしまう。
【００２４】
これに対して、請求項１２に記載の発明では、空燃比の変化に応じて特定ガスの排出量の増加を推定するので、事前に空燃比がリッチになることが想定される場合、ＣＯやＨＣに対する検出感度を向上させることができる。よって、必要以上の強制リッチをする必要がなくなりＣＯ、ＨＣの低減や燃費悪化を防止できる。
【００２５】
請求項１３にかかる発明は、空燃比センサのセンサ素子温を調整する方向を具体化したものである。つまり、低負荷時よりも高負荷時の方が前記固体電解質素子の温度が高くなる様に調整する。これは先に述べたように高負荷程排ガス中のＮＯｘが増加するためセンサ素子温を軽負荷よりも高くすることにより、高負荷でのＮＯｘ低減及び軽負荷時のＣＯ、ＨＣの低減を可能にすることができる。
【００２６】
請求項１４にかかる発明においては、内燃機関の排ガス通路に設けられた排ガス浄化用の触媒と、前記触媒の上流側に設けられ、排ガス中の空燃比を検出する上流側空燃比センサと、前記触媒の下流側に設けられ、排ガス中の空燃比を検出する下流側空燃比センサとを備えるものにおいて、温度調整手段は、エンジン運転状態に応じて前記下流側空燃比センサの固体電解質素子の温度を調整する。
【００２７】
請求項１５にかかる発明においては、内燃機関の排ガス通路に設けられた排ガス浄化用の触媒と、前記触媒の上流側に設けられ、排ガス中の空燃比を検出する上流側空燃比センサと、前記触媒の下流側に設けられ、排ガス中の空燃比を検出する下流側空燃比センサとを備えたものにおいて、温度調整手段は、優先度決定手段により優先された排ガス中の特定ガスに対する感度が向上するように前記下流側空燃比センサの固体電解質素子の温度を調整する。
【００２８】
請求項１６にかかる発明においては、エンジン負荷あるいは排ガス流量に関連するパラメータに基づき低負荷時よりも高負荷時な程、あるいは排ガス流量が多いほど固体電解質素子の温度が高くなるように調整する。
【００２９】
つまり、低負荷時よりも高負荷時な程、あるいは排ガス流量が多いほどエンジンで排出されるＮＯｘの量が増加する。また、ＮＯｘは触媒での反応速度が比較的遅いため、触媒で浄化され難い傾向がある。よって各々の状態において、センサ素子温度を高く調整するすることでＮＯｘに対して感度よく検出することが可能になる。
【００３０】
また、より下流触媒でＮＯｘを浄化する必要がある高負荷かつ排ガス流量大の場合は、上流側センサよりも下流側センサ素子温を高く設定しても良い。
【００３１】
請求項１７においては、温度調整手段は、空燃比がリッチな場合よりもリーンな場合の方が固体電解質素子の温度が高くなる様に調整する。つまり、先に述べたように、排ガス中の成分は，空燃比がリッチな場合はＣＯ・ＨＣ等が増大し、リーンな場合はＮＯｘが増大するため、空燃比に対して検出感度を変更することが望ましい。よって、空燃比がリッチな場合よりもリーンな場合の方を固体電解質素子の温度を高くなる様に調整することで検出感度を向上させることができる。
【００３２】
請求項１８にかかる発明においては、内燃機関の排ガス通路に設けられた排ガス浄化用の触媒と、前記触媒の上流側に設けられ、排ガス中の空燃比を検出する上流側空燃比センサと、前記触媒の下流側に設けられ、排ガス中の空燃比を検出する下流側空燃比センサとを備え、前記温度調整手段は、前記触媒上流の空燃比に応じて前記固体電解質素子の温度を調整する。
【００３３】
つまり、前記触媒上流の空燃比の情報をもとに触媒内部の空燃比状態を推定することで触媒から排出され易い成分に対して事前にセンサ素子温を調整することで、いち早く低減すべき排ガスに対する検出感度を向上させることが可能とできる。
【００３４】
特に、触媒上流の空燃比がリッチな場合は、触媒からリッチ成分であるＣＯ、ＨＣが排出される可能性が高いことを示しており、またリーンな場合は、逆にリーン成分のＮＯｘを排出される可能性が高い。そのため、上流空燃比センサがリーンな場合は、リッチな場合に較べて触媒下流のセンサ素子温を温度を高くなる様に調整することにより、排ガスを感度良く検出することが可能となる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
《実施形態（１）》
以下、本発明の実施形態（１）を図１乃至図１７に基づいて説明する。
【００３６】
以下、この発明を空燃比検出装置に具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。なお、本実施の形態における空燃比検出装置は、特に自動車に搭載される電子制御ガソリン噴射エンジンに適用されるものである。同エンジンの空燃比制御システムにおいては空燃比検出装置による検出結果に基づいてエンジンへの燃料噴射量を所望の空燃比に制御する。
【００３７】
以下では、エンジの運転状態の判定手段、エンジンから排出される排ガス成分の推定、検知すべき排気ガス成分に応じて特定ガスの感度を向上させる優先度決定手段、その優先度決定手段の結果の基づいて、エンジの排気系に搭載された空燃比センサの素子温度を調整する素子温度制御手段、空燃比センサに付設されたヒータの通電制御手順を詳細に説明すると共に、それらの処理を実現するための具体的構成について説明する。
【００３８】
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。エンジン（内燃機関）１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側には、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、スロットルバルブ１５とスロットル開度を検出するスロットル開度センサ１６とが設けられている。
【００３９】
更に、スロットルバルブ１５の下流側には、サージタンク１７が設けられ、このサージタンク１７に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１８が設けられている。また、サージタンク１７には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１９が設けられ、各気筒の吸気マニホールド１９の吸気ポート近傍に、燃料を噴射する燃料噴射弁２０が取り付けられている。
【００４０】
一方、エンジン１１の排気管２１（排ガス通路）の途中には、排ガス中の有害成分（ＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ等）を低減させる上流側触媒２２と下流側触媒２３とが直列に設置されている。この場合、上流側触媒２２は、始動時に早期に暖機が完了して始動時の排気エミッションを低減するように比較的小容量に形成されている。これに対して、下流側触媒２３は、排ガス量が多くなる高負荷域でも、排ガスを十分に浄化できるように比較的大容量に形成されている。
【００４１】
更に、上流側触媒２２の上流側には、排ガスの空燃比に応じたリニアな空燃比信号を出力するリニア空燃比センサ２４が設けられ、上流側触媒２２の下流側と下流側触媒２３の下流側には、それぞれ理論空燃比近傍で比較的急激に出力が変化する、いわゆるＺ特性を備えた第１の酸素センサ２５、第２の酸素センサ２６が設けられている。以下、リニア空燃比センサ及び酸素センサを合わせて空燃比センサと記載する。また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２７や、エンジン回転数ＮＥを検出するクランク角センサ２８が取り付けられている。
【００４２】
これら各種のセンサ出力は、エンジン制御回路（以下「ＥＣＵ」という）２９に入力される。このＥＣＵ２９は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶されたプログラムを実行することで、例えば排ガスの空燃比をフィードバック制御する。
【００４３】
本実施の形態において、排ガスの空燃比は、例えば特開２００１−１９３５２１号公報に記載のフィードバック制御で制御される。
【００４４】
図２は、図１の構成において、触媒上流側の空燃比センサとしてリニア空燃比センサ２４を用い、触媒下流側の空燃比センサとして第１の酸素センサ２５および第２の空燃比センサ２６のいずれか一方を切り換えて用いた時の空燃比フィードバック制御のフローチャートである。
【００４５】
また図３、図４は、図１のリニア空燃比センサ２４および第１の酸素センサ２５に加え、第２の酸素センサ２６を用いた場合の他の空燃比フィードバック制御のフローチャートである。
【００４６】
次に、図２の目標空燃比設定プログラムの処理内容を説明する。本プログラムが起動されると、まず、ステップ７０１で、目標空燃比λＴＧの設定に用いる下流側の酸素センサを第１の酸素センサ２５と第２の酸素センサ２６の中から選択する。
【００４７】
例えば、排ガス流量の少ない低負荷運転時等には、上流側触媒２２のみでも排ガスをかなり浄化できる。よって、目標空燃比λＴＧの設定に用いる下流側のセンサとしては、第１の酸素センサ２５を用いた方が空燃比制御の応答性が良い。しかし、排ガス流量が多くなると、上流側触媒２２内で浄化されずに通り抜ける排ガス成分量が多くなるため、上流側触媒２２と下流側触媒２３の両方を有効に使用して排ガスを浄化する必要がある。この場合は、下流側触媒２３の状態も考慮した空燃比フィードバック制御を行うことが好ましいため、目標空燃比λＴＧの設定に用いる下流側のセンサとしては、第２の酸素センサ２６を用いることが好ましい。
【００４８】
また、エンジン１１から排出される排ガスの空燃比の変化（上流側触媒２２上流側の空燃比センサ２４の出力変化）が第１の酸素センサ２５の出力変化に現れるまでの遅れ時間が短くなるほど、上流側触媒２２内で浄化されずに通り抜ける排ガス成分量が多くなっている（つまり浄化効率が低下している）ことを意味する。よって、第１の酸素センサ２５の出力変化の遅れ時間が短い場合は、目標空燃比λＴＧの設定に用いる下流側のセンサとして、第２の酸素センサ２６の出力を用いることが好ましい。
【００４９】
そこで、目標空燃比λＴＧの設定に用いる下流側のセンサとして第２の酸素センサ２６を選択する条件は、▲１▼エンジン１１から排出される排ガスの空燃比変化（リニア空燃比センサ２４の出力変化）が第１の酸素センサ２５の出力変化に現れるまでの遅れ時間（又は周期）が所定時間（又は所定周期）よりも短いこと、又は、▲２▼吸入空気量（排ガス流量）が所定値以上であることとしている。
【００５０】
これら２つの条件▲１▼、▲２▼のどちらか一方を満たしたときは、第２の酸素センサ２６を選択し、どちらも満たさない場合は、第１の酸素センサ２５を選択する。尚、▲１▼と▲２▼の両方の条件を満たしたときに第２の酸素センサ２６を選択するようにしても良い。
【００５１】
このようにして、目標空燃比λＴＧの設定に用いる下流側のセンサを選択した後、ステップ７０２に進み、選択した酸素センサの出力電圧ＶＯＸ２が理論空燃比（λ＝１）に相当する目標出力電圧（例えば０．４５Ｖ）より高いか低いかによって、リッチかリーンかを判定し、リーンのときには、ステップ７０３に進み、前回もリーンであったか否かを判定する。前回も今回もリーンである場合には、ステップ７０４に進み、リッチ積分量λＩＲを、現在の吸入空気量ＱＡに応じてマップから求める。
【００５２】
このリッチ積分量λＩＲのマップとして、図５（ａ）の上欄に示される上流側触媒下流側センサ（第１の酸素センサ）用マップと図５（ｂ）の上欄に示される下流側触媒下流側センサ（第２の酸素センサ）用のマップとが記憶されており、使用するセンサに応じていずれか一方のマップが選択される。これらのリッチ積分量λＩＲのマップ特性は、吸入空気量ＱＡが大きくなるほど、リッチ積分量λＩＲが小さくなるように設定され、吸入空気量ＱＡが小さい領域では、下流側触媒下流側センサ用のマップの方が上流側触媒下流側センサ用マップよりもリッチ積分量λＩＲが少し大きくなるように設定されている。リッチ積分量λＩＲの算出後、ステップ７０５に進み、目標空燃比λＴＧをλＩＲだけリッチ側に補正し、そのときのリッチ／リーンを記憶して（ステップ７１３）、本プログラムを終了する。
【００５３】
また、前回リッチで今回リーンに反転した場合には、ステップ７０３からステップ７０６に進み、リッチ側へのスキップ量λＳＫＲを、触媒のリッチ成分ストレージ量ＯＳＴＲｉｃｈに応じて求める。なお、リッチ成分ストレージ量ＯＳＴＲｉｃｈ算出処理は、特開２００１−１９３５２１号公報記載の処理と同じであり、ここでは省略する。
【００５４】
図６のマップ特性は、リッチ成分ストレージ量ＯＳＴＲｉｃｈの絶対値が小さくなるほどリッチスキップ量λＳＫＲも小さくなるように設定されている。スキップ量λＳＫＲの算出後、ステップ７０７進み、目標空燃比λＴＧをλＩＲ＋λＳＫＲだけリッチ側に補正し、そのときのリッチ／リーンを記憶して（ステップ７１３）、本プログラムを終了する。
【００５５】
一方、前記スキップ７０２で、酸素センサの出力電圧ＶＯＸ２がリッチであるときには、ステップ７０８に進み、前回もリッチであったか否かを判定する。前回も今回もリッチである場合には、ステップ７０９に進み、リーン積分量λＩＬを現在の吸入空気量ＱＡに応じて図５に示すマップから求める。このリーン積分量λＩＬのマップとして、図５（ａ）の下欄に示される上流側触媒下流側センサ（第１の酸素センサ）用マップと図５（ｂ）の下欄に示される下流側触媒下流側センサ（第２の酸素センサ）用のマップが設定され、下流側のセンサとして選択されたセンサに応じていずれか一方のマップが選択される。
【００５６】
図５（ａ）、図５（ｂ）のリーン積分量λＩＬのマップ特性は、吸入空気量ＱＡが大きくなるほど、リーン積分量λＩＬが小さくなるように設定され、吸入空気量ＱＡが小さい領域では、下流側触媒下流側センサ用のマップの方が上流側触媒下流側センサ用マップよりもリーン積分量λＩＬが少し大きくなるように設定されている。リーン積分量λＩＬの算出後、ステップ７１０に進み、目標空燃比λＴＧをλＩＬだけリーン側に補正し、そのときのリッチ／リーンを記憶して（ステップ７１３）、本プログラムを終了する。
【００５７】
また、前回はリーン側で今回リッチに反転した場合には、ステップ７０８からステップ７１１に進み、リーン側へのスキップ量λＳＫＬを、触媒のリーン成分ストレージ量ＯＳＴＬｅａｎに応じて図６に示すマップから求める。なお、リーン成分ストレージ量ＯＳＴＬｅａｎ算出処理は、特開２００１−１９３５２１号公報記載の処理と同じであり、ここでは省略する。
【００５８】
図６のマップ特性は、リーン成分ストレージ量ＯＳＴＬｅａｎが小さくなるほどリーンスキップ量λＳＫＬも小さくなるように設定されている。この後、ステップ７１２で、目標空燃比λＴＧをλＩＬ＋λＳＫＬだけリーン側に補正し、そのときのリッチ／リーンを記憶して（ステップ７１３）、本プログラムを終了する。
【００５９】
図６のマップから明らかなように、触媒２２，２３の劣化によってリッチ成分ストレージ量ＯＳＴＲｉｃｈやリーン成分ストレージ量ＯＳＴＬｅａｎが低下してきたときには、リッチスキップ量λＳＫＲやリーンスキップ量λＳＫＬも次第に小さな値に設定されるため、触媒２２，２３の吸着限界を越えた過補正が行われて有害成分が排出されるのが未然に防止される。
【００６０】
次に目標空燃比設定処理の他の実施形態を図３および図４のフローチャートに沿って説明する。
【００６１】
ＥＣＵ２９は、図３の目標空燃比設定プログラム及び図４の目標出力電圧設定プログラムを実行して、空燃比フィードバック制御の目標空燃比λＴＧの設定に用いる下流側のセンサとして第１の酸素センサ２５を選択したときに、第２の酸素センサ２６の出力に応じて第１の酸素センサ２５の目標出力電圧ＴＧＯＸを変化させるようにしている。
【００６２】
なお、図３において、図２と同様の処理を実行するステップには図２と同じステップ番号を付している。以下では、主に図２との相違点について説明する。
【００６３】
図３の目標空燃比設定プログラムでは、まず、ステップ７０１で、目標空燃比λＴＧの設定に用いる下流側のセンサを上流側触媒２２下流側の酸素センサ２５と下流側触媒２３下流側の酸素センサ２６の中から選択した後、ステップ７１４に進み、後述する図４の目標出力電圧設定プログラムを実行して、目標空燃比λＴＧの設定に用いる下流側のセンサの目標出力電圧ＴＧＯＸを設定する。
【００６４】
この後、ステップ７１５に進み、選択した酸素センサの出力電圧ＶＯＸ２が目標出力電圧ＴＧＯＸより高いか低いかによって、リッチかリーンかを判定し、その結果に応じてステップ７０３〜７１３で、前述した方法で、目標空燃比λＴＧを算出して、そのときのリッチ／リーンを記憶し、本プログラムを終了する。
【００６５】
次に、図３のステップ７１４で実行される図４の目標出力電圧設定プログラムの処理内容を説明する。本プログラムが起動されると、まず、ステップ９０１で、目標空燃比λＴＧの設定に用いる下流側のセンサとして第１の酸素センサ２５が選択されているか否かを判定する。もし、目標空燃比λＴＧの設定に用いる下流側のセンサとして第１の酸素センサ２５が選択されていれば、ステップ９０２に進み、第２の酸素センサ２６の出力電圧をパラメータとする目標出力電圧ＴＧＯＸのマップから、現在の第２の酸素センサ２６の出力電圧に応じた目標出力電圧ＴＧＯＸを算出する。
【００６６】
この場合、目標出力電圧ＴＧＯＸのマップは、第２の酸素センサ２６の出力電圧（下流側触媒２３の流出ガスの空燃比）が理論空燃比付近の所定範囲（β≦出力電圧≦α）では、第２の酸素センサ２６の出力が大きくなる（リッチになる）に従って目標出力電圧ＴＧＯＸが小さくなる（リーンになる）ように設定されている。更に、第２の酸素センサ２６の出力が所定値αよりも大きい領域では、目標出力電圧ＴＧＯＸが所定下限値（例えば０．４Ｖ）となり、第２の酸素センサ２６の出力が所定値βよりも小さい領域では、目標出力電圧ＴＧＯＸが上限値（例えば０．６５Ｖ）となるように設定されている。
【００６７】
これにより、第１の酸素センサ２５の目標出力電圧ＴＧＯＸは、下流側触媒２３の排ガス成分の吸着量が所定値以下となる範囲内又は下流側触媒２３を流れる排ガスの空燃比が所定の浄化ウインドの範囲内となるように設定される。
【００６８】
一方、目標空燃比λＴＧの設定に用いる下流側のセンサとして第２の酸素センサ２６を選択している場合は、ステップ９０１からステップ９０３に進み、目標出力電圧ＴＧＯＸを所定値（例えば０．４５Ｖ）に設定する。以上説明した目標出力電圧設定プログラムがセカンドフィードバック制御手段に相当する役割を果たす。
【００６９】
図７は、本実施の形態における空燃比検出装置の概要を示す構成図である。図７において、ＥＣＵ２９は、その内部演算の中枢をなすマイクロコンピュータ（以下、マイコンという）１２０を備え、マイコン１２０は燃料噴射制御や点火制御等を実現するためのホストマイコン１１６に対して相互に通信可能に接続されている。リニア空燃比センサ２４は、エンジン１１のエンジン本体から延びる排気管２１に取り付けられており、マイコン１２０で出力を検出する。マイコン１２０は、図示しない各種演算処理を実行するための周知のＣＰＵ，ＲＯＭ、ＲＡＭ，バックアップＲＡＭ等により構成され、所定の制御プログラムに従いヒータ制御回路１２５及びバイアス制御回路１４０を制御する。
【００７０】
ここで、マイコン１２０から出力されるバイアス指令信号Ｖｒは、Ｄ／Ａ変換器１２１を介してバイアス制御回路１４０に入力される。また、その時々の空燃比（酸素濃度）に対応するリニア空燃比センサ２４の出力を検出し、その検出値はＡ／Ｄ変換器１２３を介してマイコン１２０に入力される。さらに、ヒータ電圧及びヒータ電流は、後述するヒータ制御回路１２５にて検出され、その検出値はＡ／Ｄ変換器１２４を介してマイコン１２０に入力される。
【００７１】
また、所定のバイアス指令信号Ｖｒを素子に印加し、図８に示す所定時間Ｔ１とＴ２間の変化、すなわち素子電圧変化ΔＶ、および素子電流ΔＩを検出し、下記式より素子インピーダンスを検出する。
【００７２】
インピーダンス＝ΔＶ／ΔＩ
検出された素子インピーダンス値はマイコン１２０に入力される。素子インピーダンスは図９に示すように素子温度と強い相関を有し、この素子インピーダンスが所定値になるように空燃比センサが備えるヒータをデューティ制御することで空燃比センサの素子温度を制御可能である。
【００７３】
また、第１の酸素センサ２５、第２の酸素センサ２６にも同様に素子インピーダンスを検出し、この素子インピーダンスが所定値になるように、第１、第２の酸素センサ２５、２６が各々備えるヒータをデューティ制御することで、酸素センサの素子温度を制御できる。
【００７４】
この手法として本実施の形態では、図１０に示すように、実際に検出される素子インピーダンスと目標素子温度より算出される目標インピーダンスとの偏差によりＰＩ制御（比例、積分）する手法を採用しており、この手法により第１の酸素センサ２５の素子温度を制御している。
【００７５】
この詳細について図１０のフローチャートを用い説明する。このフローチャートは所定タイミング（ステップ４００）においてプログラム処理が実行される。まず、ステップ４０１において目標素子温度から算出された目標インピーダンスと素子インピーダンス検出回路により検出された素子インピーダンスの偏差（Δｉｍｐ）を算出する。ステップ４０２において積分制御を実施するためのインピーダンス偏差の積分値（ΣΔｉｍｐ）を算出する。ステップ４０３では、この偏差、積分値、比例係数Ｐ１および積分係数Ｉ２を用いて下記式からヒータデューティを算出する。
【００７６】
ヒータデューティ（％）＝Ｐ１×Δｉｍｐ＋Ｉ２×ΣΔｉｍｐ
ここで算出されたヒータデューティは図７の１２５で示すヒータ制御回路へ入力され、第１の酸素センサ２５のヒータ制御が実施される。
【００７７】
ここでヒータデューティとは酸素センサ素子の温度を制御する発熱量調整量であり、電力（Ｗ）に基づくものである。温度を一定に制御するためには電力を一定に制御することが望ましく、ヒータデューティで温度制御する場合には、供給される電圧が異なることで温度が変化することを防止するため、基準電圧（例えば１３．５ｖ）に対する補正、すなわち  電力×（１３．５／電圧）2で補正を実施する。
【００７８】
図７において、リニア空燃比センサ２４は排気管２１の内部に向けて突設されており、同センサ２４は大別して、カバー、センサ本体及びヒータから構成されている。カバーは断面コ字状をなし、その周壁にはカバー内外を連通する多数の小孔が形成されている。センサ素子部としてのセンサ本体は、空燃比リーン領域における酸素濃度、若しくは空燃比リッチ領域における未燃ガス（ＣＯ，ＨＣ，Ｈ２等）濃度に対応する電圧を発生する。
【００７９】
ヒータは大気側電極層内に収容されており、その発熱エネルギによりセンサ本体（大気側電極層、固体電極質層、排気ガス側電極層）を加熱する。ヒータは、センサ本体を活性化するに十分な発熱容量を有している。
【００８０】
また、第１の酸素センサ２５、第２の酸素センサ２６の構成も上述した構成と同様である。
【００８１】
なお、近年、ヒータ性能向上のため素子とヒータを一体構造とする積層型空燃比センサが提案されているが、本案はそのようなセンサは勿論のこと、その種類によらず固体電解質素子に電極が配された空燃比センサであればいずれにも適用されるものである。
【００８２】
次に、図１１に示すシステムブロック図において本案の制御動作を説明する。特に図１の上流側触媒直下に配置される第１の酸素センサ２５に本案を適用した場合の実施例について記載する。
【００８３】
第１の酸素センサ（空燃比センサ）２５がエンジンから排出される排気ガス成分（リッチガスおよびリーンガス）による出力をＥＣＵ２９の出力検出回路２０３にて検出し、空燃比制御量算出ブロック２０４で空燃比制御量を算出する。ここでは図示しない目標電圧と検出電圧の比較により、燃料噴射量の増減量を決定する。空燃比制御量として決定された燃料噴射量はインジェクタ２０に供給され、所望の燃料噴射量が噴射される。インピーダンス算出ブロック２０２では図７、図８で説明したように素子インピーダンスを算出し、ヒータ制御量算出ブロック２１４にて目標インピーダンス設定ブロック２１３で設定される目標インピーダンスとの偏差によりヒータ制御量が決定され、第１の酸素センサ２５のセンサ素子の温度が所望の温度となるようにヒータを制御する。
【００８４】
ここで目標インピーダンスは次の手順で算出される。エンジンの運転状態を示すクランク角センサ２８、エアフロメータ１４、スロットル開度センサ１６、冷却水温センサ２７などからの情報により運転状態判定ブロック２１０にて運転状態の判定を実施する。この運転状態判定結果に基づいて特定ガス感度優先度決定ブロック２１１において、現在の運転条件において、または直後の運転状態においてエンジンから排出される排気ガス組成がリッチガス主体かまたはリーンガス主体かを判断する。
【００８５】
特定ガス感度優先度決定ブロック２１１で高負荷、加速時などＮＯｘが発生しやすい状態ではリーンガスが主体と判断された場合、目標素子温度設定ブロック２１２において、リーンガス反応性が向上するように酸素センサ素子温度を高温化させるべく目標素子温度を、例えば７２０℃に設定する。逆に、特定ガス感度優先度決定ブロック２１１で、低温、低負荷時、減速などでのＨＣ、ＣＯが発生しやすい状態であり、リッチガスが主体である（またはリッチガスが主体となる）と判断された場合、目標素子温度設定ブロック２１２において、リッチガス反応性が向上するように酸素センサ素子温度を低温化させるべく、目標素子温度を、例えば４２０℃に設定する。
【００８６】
次に酸素センサのリッチおよびリーンガスの反応性について図１２および図１３の特性図に基づいて説明する。
【００８７】
図１２は窒素（Ｎ2）中において一酸化炭素（ＣＯ）に対するＯ２センサの反応性を示したものである。図示するように低素子温度では微量なＣＯに反応するが、素子温度が上昇するにつれ低濃度ＣＯに対する反応性が低下することを示している。これはＯ２センサ電極でのＣＯの反応性に温度特性があるからであり、素子低温下では
ＣＯ（吸着）＋１／２  Ｏ2-（吸着）  ⇔  ＣＯ2＋２ｅ-
の反応が促進されＯ2が奪われるからである。
【００８８】
また、図１３は窒素（Ｎ2）と一酸化炭素（ＣＯ）雰囲気中に一酸化窒素（ＮＯ）を導入した場合のＯ２センサの反応性を示したものである。図示するように素子高温状態においては、微量なＮＯに反応するが、素子温度が低下するにつれて低濃度ＮＯには反応しなくなる。これはＯ２センサ電極表面及び電極において、
ＣＯ  ＋  ＮＯ  →  ＣＯ2  ＋Ｎ2
２ＮＯ  ＋  ４ｅ  →  Ｎ2 ＋  ２Ｏ2-
の反応が行われ、高温域は低温域に比べ、リッチガス（ＣＯ）との燃焼及び電極でのＮＯの分解がより促進されるため、低濃度側で起電力が低下するからである。
【００８９】
図１１の目標素子温度設定ブロック２１２で設定された目標温度に基づいて、目標インピーダンス設定ブロック２１３において、図１５に示す素子インピーダンスと素子温度の関係より目標インピーダンスを設定する。そしてヒータ制御量算出ブロック２１４にて前述した素子インピーダンス検出値との比較によりヒータ制御量を決定する。
【００９０】
図１４のフローチャートにしたがって制御動作を説明する。本ルーチンは、時間または噴射同期などの所定のタイミングにて起動され（ステップ３００）、ステップ３０１、３０２でリーンガスが主体である運転状態かどうかを判定する。具体的にはステップ３０１で高負荷運転（高空気量域）かどうか、ステップ３０２で加速時かどうかを判断する。高負荷運転時および／または加速時である場合、リーンガス主体の運転状態と判断される。
【００９１】
ステップ３０１、ステップ３０２にてリーンガスが主体であると判断された場合はステップ３０３に進み、目標インピーダンスを素子温度が高温（例えば７２０℃）となる２０Ωに設定する。またリーンガスが主体である運転状態でないと判断された場合（両ステップにて否定判断された場合）にはステップ３０４、３０５に進み、ＨＣ、ＣＯなどリッチガス排出が主体である運転条件かどうかを判断する。
【００９２】
具体的には、ステップ３０４で機関温度が低いどうか、ステップ３０５でアイドル、低負荷かどうかを判断する。ここで、機関温度が低い場合およびアイドル、軽負荷である場合、リッチガスが主体の運転状態と判断する。
【００９３】
このようにステップ３０４、ステップ３０５にてリッチガスが主体である運転状態と判断された場合（肯定判断された場合）はステップ３０６に進み、目標インピーダンスを素子温度が低温（例えば４２０℃）となる１０００Ωに設定する。
【００９４】
ステップ３０１、３０２、３０４、３０５の全てのステップで否定判断された場合はステップ３０７において通常の目標温度（例えば５７０℃）となるように目標インピーダンスを１００Ωに設定する。
【００９５】
このように設定された目標インピーダンスとなるように実行されるＯ２センサヒータ制御は前述したような手法で達成することができる。
【００９６】
また本件で提案する制御達成手法として、ヒータ制御は必ずしも素子インピーダンスを算出する制御である必要は無く、従来から知られている素子インピーダンスを算出しないヒータ制御であってもよい。例えば、所定のエンジン運転条件ごとに設定されたヒータ制御量（Ｄｕｔｙまたは電力）に基づいて制御する場合にも適用可能である。
【００９７】
このような装置に適用した例を図１５、図１６に沿って説明する。
【００９８】
図１５には、エンジン回転数とエンジン負荷とに基づいてヒータデューティを設定するための制御マップが示されている。図１５の基本制御用ヒータＤｕｔｙ−ｍａｐは通常時に使用されるマップである。本実施の形態ではこの通常時のマップに加え、エンジンのガス組成検出要求に対応して低温制御用ヒータＤｕｔｙ−ｍａｐおよび高温制御用Ｄｕｔｙ−ｍａｐを備えており、運転状態等に応じて切り替えて用いられる。
【００９９】
このような複数のマップを備えることにより、図１１の目標素子温度設定ブロック２１２で設定された目標素子温度結果より使用するヒータＤｕｔｙ−ｍａｐを選択するようにするだけで素子インピーダンスを算出しないシステムにも本発明が実施可能となる。
【０１００】
ここで素子高温制御用ヒータＤｕｔｙ−ｍａｐは基本制御用ヒータＤｕｔｙ−ｍａｐに対し、大きな値（デューティまたは電力）であり、逆に素子低温制御用ヒータＤｕｔｙ−ｍａｐは基本制御用ヒータＤｕｔｙ−ｍａｐに対し、小さな値（デューティまたは電力）となる。更に、素子低温制御または素子高温制御は、基本制御ヒータＤｕｔｙ−ｍａｐに対し、所定デューティの増加、減少でも達成することは可能である。
【０１０１】
この制御を図１６のフローチャートにしたがって説明する。
【０１０２】
本ルーチンが所定のタイミングで起動されると（ステップ６００）、ステップ６０１で排ガスがリッチガス雰囲気もしくはＣＯガス感度アップが必要か判断される。必要と判断された場合はステップ６０３に進み、低温制御用ヒータＤｕｔｙ−ｍａｐが選択され、素子は低温に制御される。
【０１０３】
ステップ６０１でＣＯガスの感度アップ不要と判断された場合にはステップ６０２に進み、排ガスがリーンガス雰囲気もしくはＮＯガス感度アップが必要か判断される。感度ＵＰが必要と判断された場合、ステップ６０４に進み、高温制御用ヒータＤｕｔｙ−ｍａｐが選択され、素子は高温に制御される。ステップ６０１、６０２いずれでも感度アップ不要と判断された場合、ステップ６０５に進み、基本制御用ヒータＤｕｔｙ−ｍａｐが選択されることになる。
【０１０４】
次に図１７に示すタイムチャートに基づき本実施の形態の動作を説明する。この図１７は、図１７（ａ）に示される車速で車両が走行されたときのタイムチャートである。
【０１０５】
まず時刻Ｔ１前にエンジンが始動され、エンジンの暖機が開始される（図１７（ｂ））。時刻Ｔ１において車両の走行が開始されると、アイドル状態を判定していた低負荷判定がＯＮ→ＯＦＦ判定されると（図１７（（ｄ））、同時に加速判定がＯＦＦ→ＯＮとなる（図１７（ｇ））。この判定結果に基づきヒータ制御は、ヒータ低温制御からヒータ高温制御へ移行されることになる。従って目標素子インピーダンスはヒータ高温制御の目標である２０Ωに制御され、素子温度は７２０℃に制御される（図１７（ｉ）、（ｊ））。
【０１０６】
時刻がＴ２に移行し、加速状態から定常走行になると、低温判定に基づき（図１７（ｃ））排出される排気ガス成分がリッチガス主体であると判断され第１の酸素センサのヒータ制御を低温制御へと移行する。このとき、素子インピーダンスは１０００Ωに制御され（図１７（ｈ））、素子温度は４２０℃に制御される（図１７（ｉ）、（ｊ））。
【０１０７】
時刻Ｔ３においてアイドルになると、低負荷判定がＯＦＦ→ＯＮ判定が実施される（図１７（ｄ））。このとき目標インピーダンスは第１の酸素センサ素子が低温となる１０００Ωに制御され、リッチガスをより感度良く検出することで、目標空燃比を理論空燃比に対して若干リーンの設定する弱リーン空燃比制御が可能となる。
【０１０８】
また時刻Ｔ４において加速状態となった場合、低負荷判定はＯＮ→ＯＦＦ判定され（図１７（ｃ））、さらに加速判定がＯＦＦ→ＯＮ判定される（図１７（ｇ））。この結果、加速時に排出されやすいＮＯｘ（リーンガス）を精度良く検出するために、第１の酸素センサ２５に対するヒータ制御は高温制御へと移行される。
【０１０９】
このため目標インピーダンスが２０Ωに設定され、素子温度は高温（例えば７２０℃）となり、よりリーンガスへの反応性が向上する。このため加速時のＮＯｘ排出に対し第１の酸素センサ２５の出力は図示するように即座に反応することが可能であり（図１７（ｋ））、空燃比補正量は瞬時に増量補正が施されることになる（図１７（ｌ））。この空燃比制御実行により従来に比べ、ＮＯｘの排出を低減することが可能であり（図１７（ｍ））エミッション能力の向上が達成できることになる。
【０１１０】
次に時刻Ｔ５では加速状態が終了するため、加速判定はＯＮ→ＯＦＦとなる（図１７（ｇ））。したがってヒータ高温制御から通常温度制御へ移行する。
【０１１１】
時刻Ｔ６では運転状態が高負荷に移行するため、吸入空気量またはスロットル開度などにより高負荷判定がＯＦＦ→ＯＮ判定される（図１７（ｆ））。高負荷状態ではＮＯｘの排出が多く、リーンガスを精度良く検出する要求がある。このため時刻Ｔ４〜Ｔ５と同様にヒータ低温制御が実行され、Ｏ２センサはリーンガスの反応感度を上げることができセンサ出力で図示するようにリーン出力（低電圧出力）を即座に出力する（図１７（ｋ））。このリーン出力をＥＣＵ２９が検出し、空燃比補正量は即座に増量され（図１７（ｌ））、ＮＯｘの排出を低減することが可能となる（図１７（ｍ））。
【０１１２】
時刻Ｔ７においては、スロットル全閉となり燃料カットが実行される（図１７（ｅ））。燃料カットからの復帰は時刻Ｔ８で示すが、燃料カット復帰時に燃料増量にてリッチガスを触媒に送り込み、触媒内のＯ２量を減少させることで次の加速時にＮＯｘの浄化率低下を防止する必要がある。リッチガスを強制的に送り込むため、リッチガスの過排出を防止する必要が生じる。このためリッチガスを感度良く検出する必要があり、燃料カット時点よりヒータ制御を低温制御へ移行させる。
【０１１３】
このように運転状態に応じてＯ２センサヒータ制御を高温、低温、通常へと切り替えることにより、Ｏ２センサの各排出ガス成分の検出精度を向上させることができる。その結果、図２乃至図４で説明した排ガスの空燃比フィードバック制御において、第１の酸素センサ２５の目標電圧を０．４５ｖのまま、または第２の酸素センサ２６の出力により設定された酸素センサ２５の目標電圧変更値に空燃比フィードバックを実施することにより、従来のシステムに比べ、より低濃度排出ガスの感度を向上しているため、エミッション能力を向上することが可能となる。
【０１１４】
前記実施の形態は高温、低温、通常温度の３段階のヒータ制御となるが、必ずしも３段階である必要はない。他にも用途に合わせて所望の排気ガス検出精度向上を狙い酸素センサ素子温度を多段階に変更することが可能である。
【０１１５】
《実施形態（２）》
以下、本発明の実施形態（２）を図１８、図１９に基づいて説明する。
【０１１６】
図１８のフローチャートは所定のタイミングで起動され（ステップ５００）、本ルーチンが起動されると、ステップ５０１で燃料カット復帰かどうかが判定される。また、ステップ５０２で燃料カット復帰増量中であるかどうかが判定される。いずれかで否定判断された場合はステップ５０６に進み、目標インピーダンスを通常温度制御の１００Ω（例えば温度５７０℃）に設定する。
【０１１７】
ステップ５０１で燃料カット復帰と判定され、かつ、ステップ５０２で燃料カット復帰増量中と判断された場合はステップ５０３へ進み、第１の酸素センサ出力が０．４５ｖ（ストイキ）未満かどうかの判断をする。０．４５ｖ以上の場合は燃料カット復帰増量による触媒のリッチ化が達成されたと判断し、ステップ５０５へ進み、燃料カット増量を即座に停止する。その後ステップ５０６へ進み、Ｏ２センサ素子を通常温度に制御する目標インピーダンスを設定する。
【０１１８】
ステップ５０３でＯ２センサ出力が０．４５ｖ未満と判断された場合は、まだ触媒内にＯ２量が多量に存在すると判断し、リッチガス供給により洩れ出てくる微量なリッチガスを即座に検知できるようにするため、ステップ５０４でＯ２センサ素子をリッチガスの感度が高くなる低温で使用できるヒータ低温制御に移行する。これにより燃料カット復帰直後のリッチガスの過排出が防止でき、エミッション能力を向上させることが可能となる。
【０１１９】
次に図１９のタイムチャートに基づき本実施の形態の制御挙動を説明する。
【０１２０】
時刻Ｔ１で燃料カットが実施されると第１の酸素センサ出力は空燃比リーンを示す低電圧となる。時刻Ｔ２でエンジン回転速度の低下により燃料カットから復帰すると、触媒内に多量のＯ２が供給されている状態から中立点へ移行するために燃料カット復帰増量が実行される。
【０１２１】
ここで従来のように酸素センサがリッチガス（ＣＯ）に対する検出感度が鈍い状態では時刻Ｔ４になるまで触媒が中立点になったかどうか判断できず。触媒内はＯ２量が少ない状態に陥る場合が多い。しかし、本案では酸素センサ素子を低温化することでリッチガス（ＣＯ）の反応性を向上させているため、微量なリッチガスに時刻Ｔ３で反応することができる。酸素センサ出力がリッチ（０．４５ｖ）を示す場合には燃料カット増量を即座に停止し、触媒内のＯ２減少を抑制し、中立に制御することが可能となる。
【０１２２】
また、他の例として、エンジンによってはリッチガス排出を嫌い燃料カット増量値を低く抑えられた制御となっているものがあり、この場合、燃料カット復帰直後の加速時にＮＯｘ排出を押さえるため、Ｏ２センサ素子温度を高く設定しリーンガス（ＮＯｘ）に対する反応性を向上させておく方が良い。
【０１２３】
このように排出ガスを抑制するためには、エンジン運転状態およびエンジン制御による排気ガス成分に応じてＯ２センサ素子温度を制御することが望ましく、かかる本案によりこのような要求を達成することが可能となる。
【０１２４】
実施形態（１）および（２）において第１の酸素センサ２５として説明したが、空燃比センサ２４および第２の酸素センサ２６においても同様に適用できる。本発明は電極にてガス反応を検出する排気センサに適用可能であり、排気センサの種類に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の概要構成図である。
【図２】第１実施形態の目標空燃比設定処理のフローチャートである。
【図３】第１実施形態における他の実施例の目標空燃比設定処理のフローチャートである。
【図４】第１実施形態における他の実施例の第１酸素センサの目標出力電圧処理のフローチャートである。
【図５】第１実施形態におけるリッチ積分量、リーン積分量を設定するためのマップである。
【図６】第１実施形態におけるスキップ量を設定するためのマップである。
【図７】空燃比およびインピーダンスを検出するための概略構成図である。
【図８】インピーダンス検出時のタイムチャートである。
【図９】酸素センサのインピーダンス特性図である。
【図１０】第１実施形態の酸素センサのヒータ制御のフローチャートである。
【図１１】酸素センサの素子温度を制御するためのブロック図である。
【図１２】酸素センサのＣＯ反応特性図である。
【図１３】酸素センサのＮＯ反応特性図である。
【図１４】第１実施形態の目標インピーダンス設定処理のフローチャートである。
【図１５】ヒータの制御デューティを設定するためのマップである。
【図１６】第１実施形態における他の実施例のヒータ制御処理のフローチャートである。
【図１７】第１実施形態のタイムチャートである。
【図１８】第２実施形態の目標インピーダンス設定のフローチャートである。
【図１９】第２実施形態のタイムチャートである。
【符号の説明】
１１…エンジン、
１４…エアフローメータ、
１６…スロットル開度センサ、
１８…吸気管圧力センサ、
２２…上流側触媒、
２３…下流側触媒、
２４…リニア空燃比センサ（限界電流式空燃比センサ）、
２５…第１の酸素センサ（限界電流式空燃比センサ）、
２６…第２の酸素センサ（酸素センサ）、
２７…冷却水温センサ、
２８…クランク角センサ、
２９…エンジン制御回路（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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0003988518.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
0003988518.tif 000017
【図１７】
0003988518.tif 000018
【図１８】
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【図１９】
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