(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気系に設けられ、前記内燃機関に供給される混合気の空燃比に略比例した値の信号を出力する、限界電流式酸素濃度センサで構成された空燃比センサと、
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記空燃比センサの出力信号に応じて前記空燃比が目標空燃比と一致するように前記空燃比をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御手段と、
前記検出された運転状態に応じて前記目標空燃比を設定する目標空燃比設定手段と、
前記空燃比センサの活性度合いを表すパラメータとして、前記空燃比センサの素子温度を表すパラメータを検出する活性度検出手段と、
前記空燃比センサが活性化したか否かを判定するための活性判定基準値を、前記目標空燃比設定手段によって設定された前記目標空燃比が理論空燃比から離れるほど、より高温の前記素子温度を表す側に設定する活性判定基準値設定手段と、
前記検出された活性度合いが前記活性判定基準値を、より高い活性状態を表す側に越えたときに前記目標空燃比への空燃比フィードバック制御の実行を許可する許可手段と、
を具備したことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項２】
内燃機関の排気系に設けられ、活性化する素子温度が、前記内燃機関に供給される混合気の空燃比が理論空燃比のときに低く、前記空燃比が理論空燃比から離れるに従って高くなるという特性を有し、前記空燃比に略比例した値の信号を出力する空燃比センサと、
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記空燃比センサの出力信号に応じて前記空燃比が目標空燃比と一致するように前記空燃比をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御手段と、
前記検出された運転状態に応じて前記目標空燃比を設定する目標空燃比設定手段と、
前記空燃比センサの活性度合いを表すパラメータとして、前記空燃比センサの前記素子温度を表すパラメータを検出する活性度検出手段と、
前記空燃比センサが活性化したか否かを判定するための活性判定基準値を、前記目標空燃比設定手段によって設定された前記目標空燃比が理論空燃比から離れるほど、より高温の前記素子温度を表す側に設定する活性判定基準値設定手段と、
前記検出された活性度合いが前記活性判定基準値を、より高い活性状態を表す側に越えたときに前記目標空燃比への空燃比フィードバック制御の実行を許可する許可手段と、
を具備したことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項３】
内燃機関の排気系に設けられ、前記内燃機関に供給される混合気の空燃比に略比例した値の信号を出力する、限界電流式酸素濃度センサで構成された空燃比センサと、
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記空燃比センサの出力信号に応じて前記空燃比が目標空燃比と一致するように前記空燃比をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御手段と、
前記検出された運転状態に応じて前記目標空燃比を設定する目標空燃比設定手段と、
前記空燃比センサの活性度合いを表すパラメータとして、前記空燃比センサの内部抵抗を検出する活性度検出手段と、
前記空燃比センサが活性化したか否かを判定するための活性判定基準値を、前記目標空燃比設定手段によって設定された前記目標空燃比に応じて設定する活性判定基準値設定手段であって、前記活性判定基準値を、前記空燃比センサの内部抵抗に対して設定する場合には、前記目標空燃比が理論空燃比であるときに最大値に設定し、且つ前記目標空燃比が理論空燃比から離れるに従って前記最大値から漸減する値に設定するとともに、前記内部抵抗の逆数に対して設定する場合には、前記目標空燃比が理論空燃比であるときに最小値に設定し、且つ前記目標空燃比が理論空燃比から離れるに従って最小値から漸増する値に設定する活性判定基準値設定手段と、
前記検出された活性度合いが前記活性判定基準値を、より高い活性状態を表す側に越えたときに前記目標空燃比への空燃比フィードバック制御の実行を許可する許可手段と、
を具備したことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の空燃比制御装置に関し、特に空燃比センサの活性状態に応じた空燃比フィードバック制御の開始時期の判定手法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関に供給される混合気の空燃比を制御する内燃機関の空燃比制御装置においては、内燃機関が通常の運転状態にあるときは目標空燃比を理論空燃比に設定して排気ガス特性の向上を図り、機関の始動直後から機関の排気系に配設された三元触媒が活性化するまでの間は目標空燃比を理論空燃比よりもリーン側の値に設定して排気ガス中のＨＣ成分を低減させ、また、機関の高速クルージング運転状態においては燃費向上のために目標空燃比を理論空燃比よりもリーン側の値に設定するリーンバーン制御を実行し、或いは、ノッキング防止やエンジン保護のために目標空燃比を理論空燃比よりもリッチ側の値に設定する等、目標空燃比を内燃機関の運転状態に応じて設定するようにしていた。
【０００３】
また、従来、排気ガス中の酸素濃度に略比例する出力特性を有する広域型空燃比センサ（限界電流式酸素濃度センサ）を排気系に設けると共に、該空燃比センサの活性化を判定する活性化判定手段を設けて、空燃比センサが活性化するまでの間は空燃比センサからの信号の有無により空燃比のリッチ・リーンのみを判別して、比例・積分制御（ＰＩ制御）を実行し、活性化した後は上記空燃比センサの出力に基づく現代制御等の精密な空燃比フィードバック制御を開始するようにした内燃機関の空燃比制御装置が例えば特開平7-127502号公報により公知である。
【０００４】
上記公知の空燃比制御装置においては、広域型空燃比センサ（限界電流式酸素濃度センサ）の素子温度に基づいて空燃比センサの活性化を判定している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公知の空燃比制御装置におけるような広域型空燃比センサは、制御空燃比によって空燃比センサの限界電流が安定する素子温度が異なるのが通常である。即ち、理論空燃比近傍の空燃比領域においては比較的低温の素子温度で限界電流が安定するのに対して、制御空燃比が理論空燃比から離れる程素子温度がより高温になるまで限界電流が安定しないのが通常である。
【０００６】
このため、上記公知の空燃比制御装置において、空燃比センサ活性化判定用の基準値として空燃比全域に亘って限界電流が安定する素子温度を採用した場合には空燃比センサ活性化の判断が遅れて空燃比フィードバック制御の開始時期が遅くなるため、排気ガス特性の悪化を招く一方、空燃比フィードバック制御の開始時期を早めるために上記基準値をより低い素子温度に設定した場合には、理論空然比近傍以外の空燃比領域で空燃比センサの活性化が十分でないうちにフィードバック制御が開始されてしまう等、理論空燃比近傍以外のリッチ又はリーンの空燃比領域での空燃比フィードバック制御の信頼性が低下し、排気ガス特性の悪化を招くと云う問題があった。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、空燃比センサの活性状態を適切に判断して、空燃比センサの出力の信頼性を損なうことなく可及的に早い時期に空燃比フィードバック制御を開始することができるようにし、以って排気ガス特性を向上させることが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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、内燃機関の排気系に設けられ、前記内燃機関に供給される混合気の空燃比に略比例した値の信号を出力する、限界電流式酸素濃度センサで構成された空燃比センサと、前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記空燃比センサの出力信号に応じて前記空燃比が目標空燃比と一致するように前記空燃比をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御手段と、前記検出された運転状態に応じて前記目標空燃比を設定する目標空燃比設定手段と、前記空燃比センサの活性度合いを表すパラメータとして、前記空燃比センサの素子温度を表すパラメータを検出する活性度検出手段と、前記空燃比センサが活性化したか否かを判定するための活性判定基準値を、前記目標空燃比設定手段によって設定された前記目標空燃比が理論空燃比から離れるほど、より高温の前記素子温度を表す側に設定する活性判定基準値設定手段と、前記検出された活性度合いが前記活性判定基準値を、より高い活性状態を表す側に越えたときに前記目標空燃比への空燃比フィードバック制御の実行を許可する許可手段とを具備したことを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、空燃比センサは、内燃機関に供給される混合気の空燃比に略比例した値の信号を出力する限界電流式酸素濃度センサで構成されており、空燃比センサが活性化したか否かを判定するための活性判定基準値が、内燃機関の運転状態に応じて設定された目標空燃比が理論空燃比から離れるほど、より高温の空燃比センサの素子温度を表す側に設定されると共に、空燃比センサの活性度合いを表すパラメータとして、空燃比センサの素子温度を表すパラメータが検出され、該検出された空燃比センサの活性度合いが上記設定された活性判定基準値を、より高い活性状態を表す側に越えたときに上記空燃比センサの出力に基づくフィードバック制御が開始されるので、空燃比センサの活性状態を適切に判断して、空燃比センサの出力の信頼性を損なうことなく可及的に早い時期に空燃比フィードバック制御を開始することができ、以って排気ガス特性を向上させることができる。
請求項２記載の発明は、内燃機関の排気系に設けられ、活性化する素子温度が、前記内燃機関に供給される混合気の空燃比が理論空燃比のときに低く、前記空燃比が理論空燃比から離れるに従って高くなるという特性を有し、前記空燃比に略比例した値の信号を出力する空燃比センサと、前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記空燃比センサの出力信号に応じて前記空燃比が目標空燃比と一致するように前記空燃比をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御手段と、前記検出された運転状態に応じて前記目標空燃比を設定する目標空燃比設定手段と、前記空燃比センサの活性度合いを表すパラメータとして、前記空燃比センサの前記素子温度を表すパラメータを検出する活性度検出手段と、前記空燃比センサが活性化したか否かを判定するための活性判定基準値を、前記目標空燃比設定手段によって設定された前記目標空燃比が理論空燃比から離れるほど、より高温の前記素子温度を表す側に設定する活性判定基準値設定手段と、前記検出された活性度合いが前記活性判定基準値を、より高い活性状態を表す側に越えたときに前記目標空燃比への空燃比フィードバック制御の実行を許可する許可手段と、を具備したことを特徴とする。
請求項３記載の発明は、内燃機関の排気系に設けられ、前記内燃機関に供給される混合気の空燃比に略比例した値の信号を出力する、限界電流式酸素濃度センサで構成された空燃比センサと、前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記空燃比センサの出力信号に応じて前記空燃比が目標空燃比と一致するように前記空燃比をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御手段と、前記検出された運転状態に応じて前記目標空燃比を設定する目標空燃比設定手段と、前記空燃比センサの活性度合いを表すパラメータとして、前記空燃比センサの内部抵抗を検出する活性度検出手段と、前記空燃比センサが活性化したか否かを判定するための活性判定基準値を、前記目標空燃比設定手段によって設定された前記目標空燃比に応じて設定する活性判定基準値設定手段であって、前記活性判定基準値を、前記空燃比センサの内部抵抗に対して設定する場合には、前記目標空燃比が理論空燃比であるときに最大値に設定し、且つ前記目標空燃比が理論空燃比から離れるに従って前記最大値から漸減する値に設定するとともに、前記内部抵抗の逆数に対して設定する場合には、前記目標空燃比が理論空燃比であるときに最小値に設定し、且つ前記目標空燃比が理論空燃比から離れるに従って最小値から漸増する値に設定する活性判定基準値設定手段と、前記検出された活性度合いが前記活性判定基準値を、より高い活性状態を表す側に越えたときに前記目標空燃比への空燃比フィードバック制御の実行を許可する許可手段と、を具備したことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１１】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る内燃機関（以下「エンジン」という）及び制御装置の全体の構成を示す図である。同図中、１は各シリンダに吸気弁と排気弁（図示せず）とを各１対に設けたＤＯＨＣ直列４気筒エンジンである。
【００１２】
エンジン１の吸気管２の途中にはスロットルボディ３が設けられ、その内部にはスロットル弁３’が配されている。スロットル弁３’にはスロットル弁開度（θＴＨ）センサ４が連結されており、当該スロットル弁３’の開度に応じた電気信号を出力して電子コントロールユニット（以下「ＥＣＵ」という）５に供給する。
【００１３】
燃料噴射弁６はエンジン１とスロットル弁３との間且つ吸気管２の図示しない吸気弁の少し上流側に各気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されていると共にＥＣＵ５に電気的に接続されて当該ＥＣＵ５からの信号により燃料噴射弁６の開弁時間が制御される。
【００１４】
また、スロットル弁３の直ぐ下流には管７を介して吸気管内絶対圧（ＰＢＡ）センサ８が設けられており、この絶対圧センサ８により電気信号に変換された絶対圧信号は前記ＥＣＵ５に供給される。また、その下流には吸気温（ＴＡ）センサ９が取付けられており、吸気温ＴＡを検出して対応する電気信号を出力しＥＣＵ５に供給する。
【００１５】
エンジン１の本体に装着されたエンジン水温（ＴＷ）センサ１０はサーミスタ等から成り、エンジン水温（冷却水温）ＴＷを検出して対応する温度信号を出力してＥＣＵ５に供給する。エンジン回転数（ＮＥ）センサ１１及び気筒判別（ＣＹＬ）センサ１２はエンジン１の図示しないカム軸周囲又はクランク軸周囲に取付けられている。エンジン回転数センサ１１はエンジン１のクランク軸の１８０度回転毎に所定のクランク角度位置で信号パルス（以下「ＴＤＣ信号パルス」という）を出力し、気筒判別センサ１２は特定の気筒の所定のクランク角度位置で信号パルス（以下「ＣＹＬ信号パルス」という）を出力するものであり、これらの各信号パルスはＥＣＵ５に供給される。
【００１６】
三元触媒１４はエンジン１の排気管１３に配置されており、排気ガス中のＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ等の成分の浄化を行う。空燃比センサとしての限界電流式酸素濃度センサ（以下「ＬＡＦセンサ」という）１５が排気管１３の三元触媒１４の上流側に装着されている。
【００１７】
後述するようにＬＡＦセンサ１５は、内部抵抗検出手段としての酸素濃度検出活性化制御装置（以下「制御装置」という）２５と共に酸素濃度検出装置１６を構成する。ＬＡＦセンサ１５は制御装置２５を介してＥＣＵ５に接続されており、排気ガス中の酸素濃度（空燃比）に略比例した電気信号を出力し、その電気信号を制御装置２５に出力する。制御装置２５内に格納された酸素濃度検出値はＥＣＵ５により読み出される。
【００１８】
ＥＣＵ５は各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路５ａ、中央演算処理回路（以下「ＣＰＵ」という）５ｂ、ＣＰＵ５ｂで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶装置５ｃ、前記燃料噴射弁６に駆動信号を供給する出力回路５ｄ等から構成される。
【００１９】
ＣＰＵ５ｂは上述の各種エンジンパラメータ信号に基づいて、排気ガス中の酸素濃度に応じた空燃比フィードバック制御運転領域やオープンループ制御運転領域等の種々のエンジン運転状態を判別するとともに、エンジン運転状態に応じ、下記数式１に基づき、前記ＴＤＣ信号パルスに同期する燃料噴射弁６の燃料噴射時間Ｔｏｕｔを演算する。
【００２０】
【数１】
Ｔｏｕｔ＝Ｔｉ×ＫＣＭＤＭ×ＫＬＡＦ×Ｋ１＋Ｋ２
ここに、Ｔｉは基本燃料量、具体的にはエンジン回転数ＮＥと吸気管内絶対圧ＰＢＡとに応じて決定される基本燃料噴射時間であり、このＴｉ値を決定するためのＴｉマップが記憶手段５ｃに記憶されている。
【００２１】
ＫＣＭＤＭは、修正目標空燃比係数であり、エンジン運転状態に応じて設定され、目標空燃比を表わす目標空燃比係数ＫＣＭＤに燃料冷却補正係数ＫＥＴＶを乗算することによって算出される。補正係数ＫＥＴＶは、燃料を実際に噴射することによる冷却効果によってエンジン１に供給される混合気の空燃比が変化することを考慮して燃料噴射量を補正するための係数であり、目標空燃比係数ＫＣＭＤの値に応じて設定される。なお、前記数式１から明らかなように、修正目標空燃比係数ＫＣＭＤＭが増加すれば燃料噴射時間（燃料噴射量）Ｔｏｕｔは増加するので、ＫＣＭＤ値及びＫＣＭＤＭ値はいわゆる空燃比Ａ／Ｆの逆数に比例する値となる。目標空燃比係数ＫＣＭＤは、空燃比Ａ／Ｆの逆数、すなわち燃空比Ｆ／Ａに比例し、理論空燃比のとき値１．０をとるので、目標当量比ともいう。
【００２２】
ＫＬＡＦは空燃比補正係数であり、空燃比フィードバック制御中はＬＡＦセンサ１５によって検出された空燃比が目標空燃比に一致するように設定され、オープンループ制御中はエンジン運転状態に応じた所定値に設定される。
【００２３】
Ｋ１及びＫ２は夫々各種エンジンパラメータ信号に応じて演算される他の補正係数及び補正変数であり、エンジン運転状態に応じた燃費特性、エンジン加速特性等の諸特性の最適化が図られるような値に設定される。
【００２４】
ＣＰＵ５ｂは上述のようにして算出、決定した結果に基づいて、燃料噴射弁６を駆動する信号を、出力回路５ｄを介して出力する。
【００２５】
図２は、図１における酸素濃度検出装置１６の詳細な構成を示すブロック図であり、同図において図１中と同一の構成要素には同一の符号が付してある。
【００２６】
酸素濃度検出装置１６は、ＬＡＦセンサ１５及び制御装置２５により構成される。ＬＡＦセンサ１５は上述のように排気管１３に設けられており、ＬＡＦセンサ１５の信号線は、コネクタ（図示せず）により制御装置２５に着脱自在に接続されている。ＬＡＦセンサ１５は、固体電解質素子等から構成され、その内側にヒータ５４を内蔵する。ヒータ５４はＬＡＦセンサ１５を活性状態にするのに十分な発熱容量を有している。また、ＬＡＦセンサ１５の周囲には小孔６０を有するカバー５９が設けられており、カバー５９は、小孔６０を通じて排気ガスを流入させることによりＬＡＦセンサ１５が排気ガスに直接触れることを防ぎ、ＬＡＦセンサ１５の保護及び保温の役目を果たす。
【００２７】
制御装置２５には、バイアス制御部６３、電流検出部６７及び制御部６９が設けられている。ＬＡＦセンサ１５に接続されたリード線６１の一方はバイアス制御部６３に接続され、リード線６１の他方は電流検出部６７に接続されている。また、ヒータ５４に接続された２本のリード線６２が制御部６９の加熱制御部７１に接続されている。
【００２８】
バイアス制御部６３は、正バイアス源６４、負バイアス源６５及び切り替え部６６から構成されている。電流検出部６７は、切り替え部６６及び制御部６９に接続され、切り替え部６６は制御部６９にも接続されている。切り替え部６６は制御部６９からの信号に従ってＬＡＦセンサ１５に印加する電圧の極性を切り替え、電流検出部６７は検出電流を制御部６９に出力する。
【００２９】
制御部６９は、信号を増幅及び波形整形するアンプ７２、アナログ信号値をデジタル信号値に変換するＡ／Ｄ変換部６８、記憶部７０、及びヒータ５４の発熱状態を制御する加熱制御部７１から構成される。記憶部７０は、制御部６９で実行される各種演算プログラムや後述するマップ及び演算結果等を記憶するＲＯＭ及びＲＡＭ、並びにＬＡＦセンサ１５の酸素濃度（空燃比Ａ／Ｆ）検出値を格納するリングバッファ等からなる。
【００３０】
制御部６９は、ＣＹＬ信号パルス、ＴＤＣ信号パルス、エンジン回転数ＮＥ信号及び吸気管内絶対圧ＰＢＡ信号をＥＣＵ５から受容する一方、後述の処理により選択したＬＡＦセンサ１５の酸素濃度検出値及び内部抵抗値をＥＣＵ５に供給する。
【００３１】
ＬＡＦセンサ１５は、所定の正の電圧Ｖ１を印加したときの限界電流値が酸素分圧に比例することから、排気ガス中の酸素濃度をリニアに検出することができるが、該ＬＡＦセンサ１５は活性化するのに高温を必要とし、しかもその活性温度範囲が狭いために、エンジン１の排気ガス温のみではＬＡＦセンサ１５の活性状態を適切に制御することができない。そこで、内部抵抗の検出によるＬＡＦセンサ１５の活性状態維持のための処理（以下「ＬＡＦセンサ活性化処理」という）が必要となる。酸素濃度検出装置１６は、ＬＡＦセンサ活性化処理と酸素濃度検出処理とを一定の切り替え周期Ｔで切り替えて行う。切り替え周期Ｔは、ＬＡＦセンサ１５の素子やヒータ５４の熱容量、ＬＡＦセンサ１５の冷却特性及びＬＡＦセンサ１５の活性温度範囲等を考慮して設定する。
【００３２】
酸素濃度検出装置２５において、切り替え部６６を正バイアス源６４に接続することにより、ＬＡＦセンサ１５に所定の正の電圧Ｖ１を印加する。このときにＬＡＦセンサ１５から出力される電流値Ｉ１を電流検出部６７により検出し、この電流値Ｉ１をアンプ７２により増幅及び波形整形した後、Ａ／Ｄ変換部６８によりデジタル値に変換し、このデジタル値に基づき排気ガス中の酸素濃度（空燃比）を検出する。
【００３３】
一方、切り替え部６６を負バイパス源６５に接続することにより、ＬＡＦセンサ１５に所定の負の電圧Ｖ２を印加して、このときのＬＡＦセンサ１５から出力される電流値Ｉ２を電流検出部６７により検出し、この電流値Ｉ２をアンプ７２により増幅及び波形整形した後、Ａ／Ｄ変換部６８によりデジタル値に変換し、このデジタル値に基づいてＬＡＦセンサ１５の内部抵抗ＬＡＦＲＩを検出する。
【００３４】
また、検出された内部抵抗ＬＡＦＲＩが所定の基準値以上であるときは、加熱制御部７１によりヒータ５４を加熱制御し、内部抵抗ＬＡＦＲＩが前記所定の基準値を下回る場合は、加熱制御部７１によるヒータ５４の加熱を停止する。これにより、検出される内部抵抗ＬＡＦＲＩが常に一定になるようにヒータ５４の発熱状態が制御され、ＬＡＦセンサ１５の温度が常に活性温度範囲内に維持される。
【００３５】
以下図面を参照して本実施の形態の空燃比制御装置の動作を説明する。
【００３６】
図３は、内燃機関の運転状態に応じて目標空燃比を設定するための目標空燃比設定処理を示すフローチャートである。この目標空燃比設定処理は各ＴＤＣ信号パルスの発生毎に実行される。
【００３７】
まず、ステップＳ１０１で、エンジン保護リッチ化条件が成立しているか否かを判定する。このエンジン保護リッチ化条件は、エンジン温度の過度の上昇を防止してノッキングを回避したりエンジンを保護するために空燃比をリッチ化する条件であり、高吸気温、高吸気管内圧、及び高スロットル弁開度等のエンジン１の所定の高負荷運転状態において成立する。このエンジン保護リッチ化条件が成立しているときには目標空燃比係数ＫＣＭＤを所定のリッチ化補正値ＫＣＭＤＰＲ（例えば、Ａ／Ｆ＝１２相当の値）に設定し（ステップＳ１０２）、処理を終了する。エンジン保護リッチ化条件が成立していないときには、ステップＳ１０３に進み、三元触媒１４が活性化したか否かを判定する。この活性化の判定は、例えば三元触媒１４に公知の温度センサを設けて触媒温度が所定温度に達したときに三元触媒１４が活性化したものと判定する。
【００３８】
上記ステップＳ１０３において三元触媒１４が活性化したと判定されたときには、ステップＳ１０４に進み、更にリーンバーン条件が成立しているか否かを判定する。このリーンバーン条件は、車輌の高速クルージング走行時等、希薄空燃比下での燃焼が可能な内燃機関の運転状態において成立する条件であり、該リーンバーン条件が成立している場合には、ステップＳ１０５に進み、ＫＣＭＤ値をリーンバーン制御用の所定値ＫＣＭＤＬＢ（例えば、Ａ／Ｆ＝２２相当の値）に設定し、処理を終了する。リーンバーン条件が成立していない場合は、ステップＳ１０６に進み、ＫＣＭＤ値を理論空燃比相当の所定値ＫＣＭＤＳに設定し（ステップＳ１０６）、処理を終了する。
【００３９】
また、上記ステップＳ１０３において、三元触媒１４が活性化していない場合は、ステップＳ１０７に進み、更に始動後リーン条件が成立しているか否かを判別する。この始動後リーン条件は内燃機関の始動直後に三元触媒１４が排気ガス中のＨＣ成分を十分に浄化することができない状態で成立する条件であって、この条件が成立している間はエンジン１の燃焼によるＨＣの発生量を減少させるために、ＫＣＭＤ値を始動後リーン用の所定値ＫＣＭＤＳＬ（例えば、Ａ／Ｆ＝１５相当の値）に設定し（ステップＳ１０８）、処理を終了する。ここで、始動後リーン条件が成立していなければ、上記ステップＳ１０６に進み、処理を終了する。
【００４０】
次に、図４及び図５を参照して空燃比センサ活性判定処理を説明する。この空燃比センサ活性判定処理はＬＡＦセンサ１５の活性度合いを検出すると共に、目標空燃比に応じてＬＡＦセンサ１５の活性を判定するための活性判定基準値を設定し、上記検出された空燃比センサの活性度合いと上記設定された活性判定基準値とを比較することによって、ＬＡＦセンサ１５の出力に基づく空燃比フィードバック制御を開始するか否かを判断するための処理である。
【００４１】
先ず、ステップＳ２０１において、ヒータ５４が通電中であるか否かを判定する。通電中であれば、記憶装置５Ｃに記憶されたＲＩＬＭＴテーブルから目標空燃比係数ＫＣＭＤ値に応じた活性判定基準値ＲＩＬＭＴを検索する。このＲＩＬＭＴ値はＬＡＦセンサ１５の内部抵抗ＬＡＦＲＩに対して設定される基準値であって、図５に示すように、目標空燃比が理論空燃比であるときに比較的大きい値に設定され、目標空燃比が理論空燃比から離れるに従ってより小さい値に設定される。
【００４２】
これは、ＬＡＦセンサ１５が活性化する素子温度、即ち上述した限界電流値が安定するときの素子温度が理論空燃比域で低く、理論空燃比から離れるに従って高くなるからである。従って、目標空燃比が理論空燃比に設定されたときには比較的低い素子温度（例えば、５３０℃）でＬＡＦセンサ１５が活性化したと判定されるようにＲＩＬＭＴ値は大きい値に設定される一方、例えば目標空燃比がリーンバーン制御用の所定空燃比（例えば、Ａ／Ｆ＝２２）のときには、素子温度が比較的高温（例えば、７００℃）になったときにＬＡＦセンサ１５が活性化したと判定されるように、ＲＩＬＭＴ値は小さい値に設定される。
【００４３】
図４に戻り、上記ステップＳ２０２でＫＣＭＤ値に応じた活性判定基準値ＲＩＬＭＴの検索が終了すると、ステップＳ２０３に進み、ＬＡＦセンサ１５の内部抵抗ＬＡＦＲＩが基準値ＲＩＬＭＴよりも小さいか否かを判定する。ここで、ＬＡＦＲＩ＜ＲＩＬＭＴであれば、ステップＳ２０４に進み、ＬＡＦセンサ１５が活性化したことを「１」で示すＬＡＦセンサ活性フラグＦＬＡＦＡＣＴを「１」に設定し、処理を終了する。ＬＡＦＲＩ≧ＲＩＬＭＴであれば、ステップＳ２０５に進み、ＬＡＦセンサ活性フラグＦＬＡＦＡＣＴを「０」に設定し、処理を終了する。従って、本実施の形態においては、ＬＡＦセンサ１５の内部抵抗ＬＡＦＲＩの逆数が特許請求の範囲に記載した空燃比センサの活性度合いであり、ＲＩＬＭＴ値の逆数が活性判定基準値に相当する。
【００４４】
また、上記ステップＳ２０１でヒータ５４が通電中ではない場合は上記ステップＳ２０５に進み、ＬＡＦセンサ活性フラグＦＬＡＦＡＣＴを「０」に設定し、処理を終了する。
【００４５】
次に、図６を参照して、空燃比フィードバック制御実行決定処理を説明する。図６は空燃比フィードバック制御実行決定処理を示すフローチャートである。この処理は、上述した空燃比センサ活性判定処理の判定結果に応じて、ＬＡＦセンサ出力に基づく空燃比のフィードバック制御を実行するか否かを決定する処理である。
【００４６】
先ず、ステップＳ３０１において、エンジン水温ＴＷが所定温度ＴＷＬＡＦ（例えば、−２０℃）よりも高いか否かを判定する。ＴＷ＞ＴＷＬＡＦであればステップＳ３０２に進み、更にエンジン回転数ＮＥが所定の中間領域（ＮＨＯＰ＞ＮＥ＞ＮＬＯＰ、例えばＮＨＯＰ＝５０００ｒｐｍ，ＮＬＯＰ＝５００ｒｐｍ）か否を判定する。ＮＨＯＰ＞ＮＥ＞ＮＬＯＰであれば、ステップＳ３０３に進み、更にＬＡＦセンサ活性フラグＦＬＡＦＡＣＴが「１」であるか否かを判定する。
【００４７】
ここで、ＦＬＡＦＡＣＴ＝１であれば、ＬＡＦセンサ１５の出力信号に基づく空燃比フィードバック制御を実行するものとしてステップＳ３０４に進み、空燃比フィードバック制御実行フラグＦＬＡＦＦＢを「１」に設定し、処理を終了する。この空燃比フィードバック制御実行フラグＦＬＡＦＦＢは空燃比補正係数ＫＬＡＦの算出処理等において用いられるフラグであって、このフラグが「１」であるときに、ＬＡＦセンサ１５出力に基づく公知のＰＩＤ制御等を実行する。
【００４８】
また、上記ステップＳ３０１〜Ｓ３０３のいずれかの処理において、判定結果が否定である場合、即ちＴＷ≦ＴＷＬＡＦであるか、ＮＥ≧ＮＨＯＰ又はＮＥ≦ＮＬＯＰであるか、又はＦＬＡＦＦＢ＝０であるかのいずれかの場合は、ステップＳ３０５に進み、空燃比フィードバック制御実行フラグを「０」に設定し、処理を終了する。
【００４９】
次に、図７を参照して、本実施の形態の空燃比制御装置の動作を具体的に説明する。図７はエンジン１の始動直後のＬＡＦセンサ１５の内部抵抗ＬＡＦＲＩ、ＬＡＦセンサ活性フラグＦＬＡＦＡＣＴ、及び供給空燃比（実空燃比）の変化を示すグラフである。
【００５０】
先ず、エンジン１の始動直後（時刻t0〜時刻t1）は、内部抵抗ＬＡＦＲＩが高く（即ち素子温度は低い）、ＬＡＦセンサ１５は活性化していないので、ＬＡＦセンサ活性フラグＦＬＡＦＡＣＴは「０」に設定される。この時、ＬＡＦセンサ１５の出力に基づく空燃比フィードバック制御は実行されていないので、エンジン１に供給される混合気の空燃比（実空燃比）と目標空燃比との間にはずれが生じる。
【００５１】
時刻t1にＬＡＦセンサ１５の内部抵抗ＬＡＦＲＩが目標空燃比係数ＫＣＭＤに応じて設定された空燃比センサ活性判定基準値ＲＩＬＭＴを下回ると、ＬＡＦセンサ活性フラグＦＬＡＦＡＣＴの値が「１」に切り替わる。この結果、ＬＡＦセンサ１５の出力に基づく空燃比フィードバック制御が開始されて、以後実空燃比は目標空燃比になるように制御される。
【００５２】
以上述べたように、本実施の形態の内燃機関の空燃比制御装置によれば、内燃機関の運転状態に応じて目標空燃比係数ＫＣＭＤが設定され、該ＫＣＭＤ値に応じてＬＡＦセンサ１５の活性を判定する活性判定基準値ＲＩＬＭＴが設定され、ＬＡＦセンサ１５の内部抵抗ＬＡＦＲＩが上記設定された活性判定基準値ＲＩＬＭＴを下回ったときにＬＡＦセンサ１５が活性化したものとして、ＬＡＦセンサ１５の出力に基づく空燃比フィードバック制御が開始される。これによって、ＬＡＦセンサ１５の活性状態を適切に判断して、ＬＡＦセンサの出力の信頼性を損なうことなく可及的に早い時期に空燃比フィードバック制御を開始し、以ってエンジン１の排気ガス特性を向上させることができる。
【００５３】
尚、上記実施の形態においては、ＬＡＦセンサ１５の内部抵抗ＬＡＦＲＩ（若しくは、これに反比例するパラメータ）を空燃比センサの活性度合いを示すパラメータとして用いたが、これに限られるものではなく、例えばヒータ電流等のＬＡＦセンサの素子温度自体又は素子温度に関連する全てのパラメータを上記活性度合いを示すパラメータとして使用することが可能である。
【００５４】
【発明の効果】
請求項１記載の内燃機関の空燃比制御装置によれば、内燃機関の運転状態に応じて設定される目標空燃比に応じて空燃比センサが活性化したか否かを判定するための活性判定基準値が設定されると共に、内燃機関に供給される混合気の空燃比に略比例した値の信号を出力する空燃比センサの活性度合いが検出され、該検出された空燃比センサの活性度合いが上記設定された活性判定基準値を越えたときに上記空燃比センサの出力に基づくフィードバック制御が開始されるので、空燃比センサの活性状態を適切に判断して、空燃比センサの出力の信頼性を損なうことなく可及的に早い時期に空燃比フィードバック制御を開始することができ、以って排気ガス特性を向上させることができる。
また、請求項２記載の内燃機関の空燃比制御装置によれば、活性判定基準値が、目標空燃比が理論空燃比であるときに最大値又は最小値に設定され、且つ目標空燃比が理論空燃比から離れるに従って最大値から漸減する値又は最小値から漸増する値に設定されるので、空燃比センサの活性状態を更に適切に判断して、空燃比センサの出力の信頼性を損なうことなく可及的に早い時期に空燃比フィードバック制御を開始することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る内燃機関の空燃比制御装置の全体の構成図である。
【図２】図１における酸素濃度検出装置１６の詳細な構成を示すブロック図である。
【図３】目標空燃比を設定するプログラムのフローチャートである。
【図４】ＬＡＦセンサ１５の活性を判定するプログラムのフローチャートである。
【図５】空燃比センサの活性を判定するための活性判定基準値を決定するテーブルを示す図である。
【図６】ＬＡＦセンサ１５の出力に基づく空燃比のフィードバック制御を実行するか否かを決定するプログラムのフローチャートである。
【図７】本実施の形態の空燃比制御装置の動作を説明するグラフである。
【符号の説明】
１  エンジン
５  ＥＣＵ
１４  三元触媒
１５  ＬＡＦセンサ
１６  酸素濃度検出装置
２５  制御装置
【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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