(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧印加に伴い被検出ガス中の空燃比に対応した電流信号を出力する空燃比センサを用いて、検出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システムに適用される空燃比検出装置であって、
前記目標空燃比の設定域において前記空燃比センサへの印加電圧の変化率を他の領域よりも小さくしたことを特徴とする空燃比検出装置。
【請求項２】
前記目標空燃比の設定域として、少なくともストイキ制御域において前記空燃比センサへの印加電圧の変化率を他の領域よりも小さくしたことを特徴とする請求項１に記載の空燃比検出装置。
【請求項３】
前記目標空燃比の設定域として、少なくともリーンバーン制御域において前記空燃比センサへの印加電圧の変化率を他の領域よりも小さくしたことを特徴とする請求項１に記載の空燃比検出装置。
【請求項４】
既知の電流値を出力する空燃比検出域において前記空燃比センサへの印加電圧の変化率を他の領域よりも小さくしたことを特徴とする請求項１に記載の空燃比検出装置。
【請求項５】
請求項１に記載の空燃比検出装置において、
前記印加電圧の変化率を小さくする領域では前記空燃比センサへの印加電圧を固定値とすることを特徴とする空燃比検出装置。
【請求項６】
前記印加電圧の変化率を小さくする領域を前記空燃比センサの素子内部抵抗に応じて可変に設定することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の空燃比検出装置。
【請求項７】
電圧印加に伴い被検出ガス中の空燃比に対応した電流信号を出力する空燃比センサを用いた空燃比検出装置であって、
前記空燃比センサへの印加電圧を変更する際に、その時の印加電圧の変更速度を逐次可変に設定することを特徴とする空燃比検出装置。
【請求項８】
請求項７に記載の空燃比検出装置において、
印加電圧の変更速度を変化させる際に、電圧幅又は時間間隔のいずれか一方、若しくは両方を変化させることを特徴とする空燃比検出装置。
【請求項９】
請求項７又は請求項８に記載の空燃比検出装置において、
空燃比の検出領域毎に又は検出電流値に応じて印加電圧の変更速度を設定することを特徴とする空燃比検出装置。
【請求項１０】
請求項７又は請求項８に記載の空燃比検出装置において、
目標印加電圧と実際の印加電圧との差に応じて印加電圧の変更速度を設定することを特徴とする空燃比検出装置。
【請求項１１】
請求項７又は請求項８に記載の空燃比検出装置において、
前記空燃比センサの素子内部抵抗に応じて印加電圧の変更速度を設定することを特徴とする空燃比検出装置。
【請求項１２】
請求項７又は請求項８に記載の空燃比検出装置において、
前記空燃比センサにより検出された電流値の変化量に応じて印加電圧の変更速度を設定することを特徴とする空燃比検出装置。
【請求項１３】
請求項７又は請求項８に記載の空燃比検出装置において、
印加電圧の現在値に応じて印加電圧の変更速度を設定することを特徴とする空燃比検出装置。
【請求項１４】
請求項７又は請求項８に記載の空燃比検出装置において、
前記空燃比センサの電圧−電流特性上における印加電圧特性線の傾きに応じて印加電圧の変更速度を設定することを特徴とする空燃比検出装置。
【請求項１５】
前記空燃比センサにより検出した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システムに適用されるものであって、
前記空燃比制御の途中において大気検出処理が実施される際には、印加電圧の変更速度をそれまでの変更速度よりも速くすることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の空燃比検出装置。
【請求項１６】
電圧印加に伴い被検出ガス中の空燃比に対応した電流信号を出力する空燃比センサを用いた空燃比検出装置であって、
少なくとも１つの特定領域において前記空燃比センサへの印加電圧の変化率を他の領域よりも小さくし、且つ前記空燃比センサへの印加電圧を変更する際に、その時の印加電圧の変更速度を逐次可変に設定することを特徴とする空燃比検出装置。
【請求項１７】
前記空燃比センサにより検出した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システムに適用されるものであって、
前記目標空燃比の設定域において前記空燃比センサへの印加電圧の変化率を他の領域よりも小さくすると共に、当該変化率を小さくした領域に隣接する領域では印加電圧の変更速度を他よりも遅くするようにしたことを特徴とする請求項１６に記載の空燃比検出装置。
【請求項１８】
前記目標空燃比の設定域として、少なくともリッチ制御域において前記空燃比センサへの印加電圧の変化率を他の領域よりも小さくしたことを特徴とする請求項１に記載の空燃比検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電圧印加に伴い被検出ガス中の空燃比に対応した電流信号を出力する空燃比センサを用いた空燃比検出装置に係り、この空燃比検出装置は、例えば車両用エンジン等、各種内燃機関の空燃比フィードバック制御を実施するために適用される。なお、本明細書にかかる空燃比センサは、被検出ガス中の酸素濃度並びに可燃性ガス濃度を検出するものとして定義される。
【０００２】
【従来の技術】
近年の車載用エンジンの空燃比制御においては、例えば制御精度を高めるといった要望やリーンバーン化への要望があり、これらの要望に対応すべく、エンジンに吸入される混合気の空燃比（排気ガス中の酸素濃度）を広域に且つリニアに検出するリニア式空燃比センサ、並びに同センサを用いた空燃比検出装置が適用されている。このような空燃比センサとして例えば限界電流式空燃比センサでは、周知のようにその限界電流の検出域が空燃比（酸素濃度）に応じてシフトする。つまり、図３のＶ−Ｉ特性図に示すように、限界電流検出域はＶ軸に平行な直線部分からなり、その領域は空燃比がリーン側に移行するほど正電圧側にシフトし、空燃比がリッチ側に移行するほど負電圧側にシフトする。そのため、空燃比の変化時に印加電圧が一定値に固定されていると、空燃比検出範囲の全域において上記限界電流検出域（Ｖ軸に平行な直線部分）を用いた正確な空燃比検出を行うことができない。
【０００３】
そこで、空燃比（センサ電流）に応じて空燃比センサへの印加電圧を可変に設定する技術が要望されており、この種の従来技術として、特公平７−１８８３７号公報の「空燃比検出装置」では、空燃比センサに印加した電圧を瞬断してその時の起電力及び電流から素子内部抵抗を検出すると共に、その内部抵抗を基に印加電圧を可変に設定するようにしていた。また、特許番号第２５０９９０５号公報の「空燃比センサ」では、空燃比がリッチか或いはリーンかに応じて印加電圧をステップ状に変化させる技術が開示されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、リニア式空燃比センサとして一般に使用されるジルコニアセンサは、容量（コンデンサ）特性を有するため、上記従来技術では、以下に示す問題を招く。つまりここで、図２７は空燃比センサの等価回路を示しており、この等価回路において、Ｒｇは酸素イオンに対する固体電解質（ジルコニア素子）の粒子抵抗、ＲｈとＣｈはそれぞれ固体電解質の粒子の界面における粒界抵抗と粒界容量、ＲｆとＣｆはそれぞれ電極界面抵抗と電極界面容量である。この場合、図２８に示すように、空燃比センサへの印加電圧を変更する際には、上記Ｃｈ，Ｃｆに蓄えられる電荷の影響からセンサ電流が電圧変更直後においてピーク電流を発生し、結果として所定の電流値に収束するまでの時間が長くなる。
【０００５】
こうした事態は、高精度な空燃比フィードバック制御を実現する上で特に問題視されることであるが、上記公報の開示技術においてもその問題は解消されなかった。その結果、本来、空燃比が高精度に検出されるべく領域、すなわち、例えばストイキ制御域（空燃比＝１３〜１７程度の領域）において空燃比の検出精度が悪化し、ひいては空燃比の制御精度が低下してエミッション悪化等の不具合を招くおそれもあった。
【０００６】
本発明は、上記問題に着目してなされたものであって、その目的とするところは、空燃比を広域に検出しつつ、その空燃比検出精度を向上させることができる空燃比検出装置を提供することである。
【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、本発明では第１の主旨として、請求項１に記載したように、目標空燃比の設定域において空燃比センサへの印加電圧の変化率を他の領域よりも小さくしている。また、上記目標空燃比の設定域として、特に、請求項２に記載したように、少なくともストイキ近傍領域において、或いは請求項３に記載したように、少なくともリーンバーン制御域において、また請求項１８に記載したように、少なくともリッチ制御域において、空燃比センサへの印加電圧の変化率を他の領域よりも小さくしている。この場合、印加電圧の変化率とは、空燃比センサのＶ-Ｉ特性図における印加電圧特性線の傾きに相当する。
【０００８】
併せて、本発明では第２の主旨として、請求項７に記載したように、空燃比センサへの印加電圧を変更する際に、その時の印加電圧の変更速度を逐次可変に設定している。
【０００９】
つまり、上記請求項１又は請求項２、３、１８の発明によれば、目標空燃比の設定域若しくはストイキ近傍領域、リーンバーン制御域、リッチ制御域において印加電圧の変化率を小さくすることにより、空燃比センサの容量（コンデンサ）特性の影響を受けることなく、当該センサに電圧が印加されることになる。従って、従前の装置のように、コンデンサに蓄えられる電荷の影響からセンサ電流が電圧変更直後においてピーク電流を発生し、それにより所定の電流値に収束するまでの時間が長くなるといった問題を招くことはない。この場合、印加電圧の変化率を小さくする領域は特定域に限定しているため、空燃比の検出範囲を必要以上に狭めることもない。また、極リッチ領域や極リーン領域においても精度良く空燃比が検出できるようになるため、空燃比の検出範囲を広げることができる。その結果、空燃比を広域に検出しつつ、その空燃比検出精度を向上させることができるようになる。
【００１０】
また、請求項７に記載の発明においても、上記請求項１，２と同様に、空燃比センサの容量（コンデンサ）特性の影響を受けることなく当該センサに電圧が印加され、電圧変更直後にてピーク電流を発生し、それにより所定の電流値に収束するまでの時間が長くなるといった問題を招くことはない。この場合、必要に応じて印加電圧の変更速度を変化させるようにしているため、空燃比を精度良く検出できる領域を広げることができる。その結果、上記請求項７の構成においても、本発明の目的が達せられることになる。
【００１１】
なお因みに、空燃比の検出精度を向上させることだけを考えれば、空燃比検出範囲の全域で印加電圧の変更速度をできる限り遅くするのが望ましいが、このように全域で変更速度を遅くすると空燃比の急変時に対処できなくなるおそれがある。従って、制御仕様や或いはその時々の必要性に応じて印加電圧の変更速度を変化させ、追従性を確保するために変更速度が速い領域を設けることも必要となる。
【００１２】
ここで、高精度な空燃比フィードバック制御を実現するには、目標空燃比の設定域で精度良く空燃比（センサ電流値）が検出されることが必須要件であり、そのため、特に請求項１に記載の発明では、目標空燃比の設定域において空燃比センサへの印加電圧の変化率を他の領域よりも小さくしている。要するに、空燃比をストイキ近傍領域でフィードバック制御する場合、目標空燃比の設定域は例えば空燃比＝１３〜１７となり、また他方で、空燃比をリーンバーン領域でフィードバック制御する場合、目標空燃比の設定域は例えば空燃比＝２０〜２６となる。そして、これら目標空燃比の設定域において印加電圧の変化率を他の領域よりも小さくすれば、精度の高い検出空燃比（センサ電流値）が得られ、その検出結果を空燃比フィードバック制御に反映させることができる。すなわち、高精度な空燃比フィードバック制御が実施でき、エミッションが悪化する等の不具合が解消できる。
【００１３】
一方、近年の空燃比制御システムでは、主に空燃比センサの劣化状態を判定することを目的として、例えば燃料カット時等における大気検出状態でその時のセンサ電流値を判別する処理が実施されることがある。この場合、大気検出時のセンサ電流値は既知であるため、請求項４に記載したように、かかる領域にて空燃比センサへの印加電圧の変化率を他の領域よりも小さくすれば、その検出結果の信頼性が向上することになる。なおこうした大気検出時の検出結果は、センサ特性の個体差の補正にも用いられる。
【００１４】
また、請求項１に記載の発明では、請求項５に記載したように、印加電圧の変化率を小さくする領域で空燃比センサへの印加電圧を固定値とするのが、構成を簡素化する上で望ましい。
【００１５】
また、請求項６に記載したように、印加電圧の変化率を小さくする領域を空燃比センサの素子内部抵抗に応じて可変に設定するようにすれば、より一層精度の高い空燃比検出が実現できることとなる。
【００１６】
さらに、上記請求項７の発明では、請求項８に記載したように、印加電圧の変更速度を変化させる際に、電圧幅又は時間間隔のいずれか一方、若しくは両方を変化させるとよい。これは、印加電圧の変更速度を変化させる一手法であるが、かかる手法によれば、簡易的に印加電圧の変更速度が変えられるようになる。
【００１７】
請求項７又は請求項８に記載の発明を具体化する際には、以下の請求項９〜請求項１４に示す一条件又は複数条件に従って印加電圧の変更速度を設定するのが望ましい。
【００１８】
つまり、請求項９に記載の発明では、空燃比の検出領域毎（すなわち、センサ電流値毎）に印加電圧の変更速度を設定するようにしている。この場合、図２４に示すように、例えばストイキ近傍での制御において適用する場合で示せば、空燃比がストイキ（センサ電流値＝０）に近づくほど印加電圧の変更速度を遅くすると共に、空燃比がストイキから離れるほど同変更速度を速くするのが望ましい。
【００１９】
請求項１０に記載の発明では、目標印加電圧と実際の印加電圧との差（電圧変更量）に応じて印加電圧の変更速度を設定するようにしている。この場合、図２５に示すように、電圧変更量が小さくなるほど印加電圧の変更速度を遅くすると共に、電圧変更量が正側又は負側に大きくなるほど同変更速度を速くするのが望ましい。
【００２０】
請求項１１に記載の発明では、空燃比センサの素子内部抵抗に応じて印加電圧の変更速度を設定するようにしている。この場合、図２０に示すように、素子内部抵抗が小さくなるほど印加電圧の変更速度を遅くすると共に、素子内部抵抗が大きくなるほど同変更速度を速くするのが望ましい。
【００２１】
請求項１２に記載の発明では、空燃比センサにより検出された電流値の変化量に応じて印加電圧の変更速度を設定するようにしている。この場合、図２１に示すように、電流変更量が小さくなるほど印加電圧の変更速度を遅くすると共に、電流変更量が正側又は負側に大きくなるほど同変更速度を速くするのが望ましい。
【００２２】
請求項１３に記載の発明では、印加電圧の現在値に応じて印加電圧の変更速度を設定するようにしている。この場合、図２２に示すように、印加電圧値がストイキ電圧に近づくほど印加電圧の変更速度を遅くすると共に、印加電圧値がストイキ電圧から離れるほど同変更速度を速くするのが望ましい。
【００２３】
請求項１４に記載の発明では、空燃比センサの電圧−電流特性上における印加電圧特性線の傾き（印加電圧の変化率）に応じて印加電圧の変更速度を設定するようにしている。この場合、図２３に示すように、前記印加電圧特性線の傾き（同図の屈曲点の角度Ｒ）が小さくなるほど印加電圧の変更速度を速くすると共に、屈曲点の角度Ｒが大きくなるほど同変更速度を遅くするのが望ましい。
【００２４】
これら各構成によれば、印加電圧の変更速度をより一層精密に設定することができ、精度の高い空燃比検出が実現できることとなる。また、空燃比検出時の追従性を向上させることができる。なお、上記各条件のうち、何れの条件に基づいて印加電圧の変更速度を設定するかは、その時々の設計思想によるが、何れの場合にも適切な設定処理が実現できる。また、上記の複数の条件を組み合わせるようにすれば、所望の領域において空燃比の検出精度が一段と向上する。
【００２５】
また、請求項１５に記載の発明では、空燃比制御の途中において大気検出処理が実施される際には、印加電圧の変更速度をそれまでの変更速度よりも速くするようにしている。つまり、例えば燃料カットに伴い実施される大気検出時には、空燃比が急変する。この場合、通常は空燃比の急変途中において当該空燃比が検出されないため、印加電圧の変更速度を速くし、空燃比検出の追従性を向上させることを優先する。
【００２６】
請求項１６に記載の発明では、少なくとも１つの特定領域において前記空燃比センサへの印加電圧の変化率（印加電圧特性線の傾き）を他の領域よりも小さくし、且つ前記空燃比センサへの印加電圧を変更する際に、その時の印加電圧の変更速度を逐次可変に設定するようにしている。この構成は、上記請求項１の発明と請求項７の発明とを組み合わせたものであり、この組み合わせの発明によれば、より一層適切な印加電圧制御が実現できる。
【００２７】
上記請求項１６の発明では、請求項１７に記載したように、目標空燃比の設定域において空燃比センサへの印加電圧の変化率を他の領域よりも小さくすると共に、当該変化率を小さくした領域に隣接する領域では印加電圧の変更速度を他よりも遅くするのが望ましい。つまりかかる場合には、目標空燃比の設定域で印加電圧の変化率を小さくすることにより、既述した通り当該領域で空燃比の検出精度が向上する。また一方で、当該領域に隣接する領域で印加電圧の変更速度を他よりも遅くすれば、目標空燃比の設定域の境界部付近で推移する空燃比の検出精度をも向上させることができるようになる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、この発明の空燃比検出装置を空燃比フィードバック制御装置に具体化した第１の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フィードバック制御装置は、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って、空燃比センサ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。以下の記載では、空燃比センサを用いた空燃比（Ａ／Ｆ）の検出手順、並びに同センサの検出結果に基づく空燃比フィードバック制御手順を詳細に説明する。
【００２９】
図１は、本実施の形態における空燃比フィードバック制御装置の概要を示す構成図である。図１において、空燃比フィードバック制御装置は限界電流式空燃比センサ（以下、Ａ／Ｆセンサという）３０を備え、このＡ／Ｆセンサ３０は、エンジン１０のエンジン本体１１から延びる排気管１２に取り付けられている。Ａ／Ｆセンサ３０は、マイクロコンピュータ（以下、マイコンという）２０から指令される電圧の印加に伴い、排気ガス中の酸素濃度に比例したリニアな空燃比検出信号を出力する。マイコン２０は、各種演算処理を実行するための周知のＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等により構成され、所定の制御プログラムに従い後述するバイアス制御回路４０及びヒータ制御回路２５を制御する。
【００３０】
また、エンジン本体１１の吸気管１３の最下流部には電磁駆動式のインジェクタ１４が配設されている。インジェクタ１４は、エンジン制御用ＥＣＵ２６の駆動指令により開弁動作し、エンジン本体１１の各気筒に燃料を噴射供給する。エンジン制御用ＥＣＵ２６にはエンジン運転情報として、エンジン水温Ｔｈｗ、エンジン回転数ＮＥ、吸気圧ＰＭ、スロットル開度ＴＨ等が入力されるようになっている。
【００３１】
図２は、Ａ／Ｆセンサ３０の概略を示す断面である。図２において、Ａ／Ｆセンサ３０は前記排気管１２の内部に向けて突設されており、同センサ３０は大別して、カバー３１、センサ本体３２及びヒータ３３から構成されている。カバー３１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３１ａが形成されている。センサ本体３２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）濃度に対応する限界電流を発生する。
【００３２】
センサ本体３２の構成について詳述する。センサ本体３２において、断面カップ状に形成された固体電解質層３４の外表面には、排気ガス側電極層３６が固着され、内表面には大気側電極層３７が固着されている。また、排気ガス側電極層３６の外側には、プラズマ溶射法等により拡散抵抗層３５が形成されている。固体電解質層３４は、ＺｒＯ2 、ＨｆＯ2 、ＴｈＯ2 、Ｂｉ2 Ｏ3 等にＣａＯ、ＭｇＯ、Ｙ2 Ｏ3 、Ｙｂ2 Ｏ3 等を安定剤として固溶させた酸素イオン伝導性酸化物焼結体からなり、拡散抵抗層３５は、アルミナ、マグネシャ、ケイ石質、スピネル、ムライト等の耐熱性無機物質からなる。排気ガス側電極層３６及び大気側電極層３７は共に、白金等の触媒活性の高い貴金属からなりその表面には多孔質の化学メッキ等が施されている。なお、排気ガス側電極層３６の面積及び厚さは、１０〜１００ｍｍ^2（平方ミリメートル）及び０．５〜２．０μｍ程度となっており、一方、大気側電極層３７の面積及び厚さは、１０ｍｍ^2（平方ミリメートル）以上及び０．５〜２．０μｍ程度となっている。
【００３３】
ヒータ３３は大気側電極層３７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３２（大気側電極層３７、固体電極質層３４、排気ガス側電極層３６及び拡散抵抗層３５）を加熱する。ヒータ３３は、センサ本体３２を活性化するに十分な発熱容量を有している。
【００３４】
上記構成のＡ／Ｆセンサ３０において、センサ本体３２は理論空燃比点よりリーン領域では酸素濃度に応じた限界電流を発生する。この場合、酸素濃度に対応する限界電流は、排気ガス側電極層３６の面積、拡散抵抗層３５の厚さ、気孔率及び平均孔径により決定される。また、センサ本体３２は酸素濃度を直線的特性にて検出し得るものであるが、このセンサ本体３２を活性化するのに約６００℃以上の高温が必要とされると共に、同センサ本体３２の活性温度範囲が狭いため、エンジン１０の排気ガスのみによる加熱では活性領域を制御できない。そのため、本実施の形態では、ヒータ３３の加熱制御によりセンサ本体３２を活性化温度域にまで加熱する。なお、理論空燃比よりもリッチ側の領域では、未燃ガスである一酸化炭素（ＣＯ）等の濃度が空燃比に対してほぼリニアに変化し、センサ本体３２はＣＯ等の濃度に応じた限界電流を発生する。
【００３５】
センサ本体３２の電圧−電流特性について図３を用いて説明する。図３によれば、Ａ／Ｆセンサ３０の検出空燃比に比例するセンサ本体３２の固体電解質層３４への流入電流と、同固体電解質層３４への印加電圧とがリニアな特性を有することが分かる。かかる場合、電圧軸Ｖに平行な直線部分がセンサ本体３２の限界電流を特定するものであって、この限界電流（センサ電流）の増減は空燃比の増減（すなわち、リーン・リッチ）に対応している。つまり、空燃比がリーン側になるほど限界電流は増大し、空燃比がリッチ側になるほど限界電流は減少する。
【００３６】
また、この電圧−電流特性において電圧軸Ｖに平行な直線部分よりも小さい電圧域は抵抗支配域となっており、その抵抗支配域における一次直線部分の傾きは、センサ本体３２における固体電解質層３４の内部抵抗により特定される。この素子内部抵抗は温度変化に伴い変化するため、センサ本体３２の温度が低下すると素子内部抵抗の増大により上記傾きが小さくなる。
【００３７】
一方、図１において、Ａ／Ｆセンサ３０に電圧を印加するためのバイアス指令信号（デジタル信号）Ｖｒはマイコン２０からＤ／Ａ変換器２１に入力され、同Ｄ／Ａ変換器２１にてアナログ信号Ｖｂに変換された後、空燃比の検出電圧をＡ／Ｆセンサ３０に印加するためのバイアス制御回路４０に入力される。このとき、空燃比の検出時には、一般に前記図３の特性線Ｌ０を用いてその時の空燃比（センサ電流値）に対応した印加電圧が設定される。
【００３８】
また、バイアス制御回路４０は、Ａ／Ｆセンサ３０への電圧の印加に伴い流れる電流値を電流検出回路５０にて検出し、当該電流検出回路５０にて検出された電流値のアナログ信号はＡ／Ｄ変換器２３を介してマイコン２０に入力される。バイアス制御回路４０の詳細な構成については後述する。Ａ／Ｆセンサ３０に付設されたヒータ３３は、ヒータ制御回路２５によりその作動が制御される。つまり、ヒータ制御回路２５は、Ａ／Ｆセンサ３０の素子温やヒータ温度に応じてバッテリ電源（図示しない）からヒータ３３に供給される電力をデューティ制御し、ヒータ３３の加熱制御を行う。
【００３９】
次に、バイアス制御回路４０の構成を図４の電気回路図を用いて説明する。図４において、バイアス制御回路４０は大別して、基準電圧回路４４と、第１の電圧供給回路４５と、第２の電圧供給回路４７と、電流検出回路５０とを有する。基準電圧回路４４は、定電圧Ｖｃｃを分圧抵抗４４ａ，４４ｂにより分圧して一定の基準電圧Ｖａを生成する。
【００４０】
第１の電圧供給回路４５は電圧フォロア回路にて構成され、基準電圧回路４４の基準電圧Ｖａと同じ電圧ＶａをＡ／Ｆセンサ３０の一方の端子４２に供給する（この端子４２は、前記図２の大気側電極層３７に接続される端子である）。より具体的には、第１の電圧供給回路４５は、正側入力端子が各分圧抵抗４４ａ，４４ｂの分圧点に接続されると共に負側入力端子がＡ／Ｆセンサ３０の一方の端子４２に接続された演算増幅器４５ａと、演算増幅器４５ａの出力端子に一端が接続された抵抗４５ｂと、この抵抗４５ｂの他端にそれぞれベースが接続されたＮＰＮトランジスタ４５ｃ及びＰＮＰトランジスタ４５ｄとにより構成されている。ＮＰＮトランジスタ４５ｃのコレクタは定電圧Ｖｃｃに接続され、エミッタは電流検出回路５０を構成する電流検出抵抗５０ａを介してＡ／Ｆセンサ３０の一方の端子に接続されている。また、ＰＮＰトランジスタ４５ｄのエミッタはＮＰＮトランジスタ４５ｃのエミッタに接続され、コレクタはアースされている。
【００４１】
第２の電圧供給回路４７も同様に電圧フォロア回路にて構成され、前記Ｄ／Ａ変換器２１の出力電圧Ｖｂと同じ電圧ＶｂをＡ／Ｆセンサ３０の他方の端子４１に供給する（この端子４１は、前記図２の排気ガス側電極層３６に接続される端子４１である）。より具体的には、第２の電圧供給回路４７は、正側入力端子が前記Ｄ／Ａ変換器２１の出力に接続されると共に負側入力端子がＡ／Ｆセンサ３０の他方の端子４１に接続された演算増幅器４７ａと、演算増幅器４７ａの出力端子に一端が接続された抵抗４７ｂと、この抵抗４７ｂの他端にそれぞれベースが接続されたＮＰＮトランジスタ４７ｃ及びＰＮＰトランジスタ４７ｄとにより構成されている。ＮＰＮトランジスタ４７ｃのコレクタは定電圧Ｖｃｃに接続され、エミッタは抵抗４７ｅを介してＡ／Ｆセンサ３０の他方の端子に接続されている。また、ＰＮＰトランジスタ４７ｄのエミッタはＮＰＮトランジスタ４７ｃのエミッタに接続され、コレクタはアースされている。
【００４２】
上記構成により、Ａ／Ｆセンサ３０の一方の端子４２には常時、基準電圧Ｖａが供給される。そして、Ｄ／Ａ変換器２１を経由してＡ／Ｆセンサ３０の他方の端子４１に供給される電圧Ｖｂが前記基準電圧Ｖａよりも低ければ（Ｖｂ＜Ｖａ）、当該Ａ／Ｆセンサ３０が正バイアスされる。また、同じくＡ／Ｆセンサ３０の他方の端子４１に供給される電圧Ｖｂが前記基準電圧Ｖａよりも高ければ（Ｖｂ＞Ｖａ）、当該Ａ／Ｆセンサ３０が負バイアスされることになる。かかる場合、電圧の印加に伴って流れるセンサ電流（限界電流）は、電流検出抵抗５０ａの両端電位差として検出され、Ａ／Ｄ変換器２３を介してマイコン２０に入力される。
【００４３】
また、Ａ／Ｆセンサ３０の一方の端子４２と電流検出回路５０との間には、出力バッファ５１が接続されており、この出力バッファ５１によりＡ／Ｆセンサ３０により検出された空燃比（Ａ／Ｆ）が電圧信号として直接取り出されるようになっている。
【００４４】
次に、上記の如く構成される空燃比フィードバック制御装置の作用を説明する。
図５は、本実施の形態における空燃比制御ルーチンを示すフローチャートであり、同フローはインジェクタ１４による燃料噴射に同期してエンジン制御用ＥＣＵ（以下、ＥＣＵと略す）２６により実行される。本実施の形態では、エンジン運転状態に応じて空燃比をオープン制御、ストイキＦ／Ｂ制御及びリーンバーンＦ／Ｂ制御のいずれかに切り替えて実行するようにしており、特に、ストイキＦ／Ｂ制御ではストイキ（Ａ／Ｆ＝１４．７）を目標空燃比としてその時の実空燃比との偏差に応じたＦ／Ｂ制御を実施し、リーンバーンＦ／Ｂ制御ではリーン空燃比（例えば、Ａ／Ｆ＝２３）を目標空燃比としてＦ／Ｂ制御を実施するようにしている。
【００４５】
その詳細を説明すると、図５のフローにおいて、ＥＣＵ２６は、先ずステップ１００で基本噴射量Ｔｐを算出する。この基本噴射量Ｔｐは例えばＲＯＭに予め記憶されている噴射量マップを用い、その時のエンジン回転数ＮＥ及び吸気圧ＰＭに応じて算出される。また、ＥＣＵ２６は、続くステップ１１０で空燃比フィードバックの制御条件（フィードバック条件）が成立しているか否かを判別する。ここで、周知のようにフィードバック条件とは冷却水温Ｔｈｗが所定値以上で、且つ高回転・高負荷でないときに成立する。
【００４６】
フィードバック条件が成立していれば、ＥＣＵ２６はステップ１２０に進み、車両が加速状態であるか否かを例えばスロットル開度ＴＨにより判別する。このとき、ステップ１２０が肯定判別されれば、ＥＣＵ２６はステップ１３０に進んでストイキ（理論空燃比）でのフィードバック制御を実施すべく、目標空燃比λTGをストイキ目標値（Ａ／Ｆ＝１４．７）に設定する。一方、ステップ１２０が否定判別されれば、ＥＣＵ２６はステップ１４０に進んでリーン領域でのフィードバック制御を実施すべく、目標空燃比λTGをリーン目標値（例えばＡ／Ｆ＝２３程度）に設定する。なお因みに、ストイキＦ／Ｂ制御を行うか、又はリーンバーンＦ／Ｂ制御を行うかの条件判別は、上記の加速条件の他に、エンジン回転数や吸気圧情報を用いて、より安定走行時にリーンバーン制御を行う旨を判別するようにしてもよい。
【００４７】
その後、ＥＣＵ２６は、ステップ１５０でバイアス制御回路４０から空燃比λ（Ａ／Ｆ値）を読み込み、続くステップ１６０で空燃比λを目標空燃比λTGとすべくフィードバック補正係数ＦＡＦを設定する。ここで、フィードバック補正係数ＦＡＦは次の（１），（２）式を用いて算出される。なお、このフィードバック補正係数ＦＡＦの設定については、特開平１−１１０８５３号公報に開示されている。
【００４８】
【数１】
0003757507.tif 000002
【００４９】
但し、上記（１），（２）式において、ｋは最初のサンプリング開始からの制御回数を示す変数、Ｋ1 〜Ｋn+1 は最適フィードバックゲイン、ＺＩ（ｋ）は積分項、Ｋa は積分定数である。
【００５０】
また、上記ステップ１１０でフィードバック条件が不成立であれば、ＥＣＵ２６はステップ１７０に進み、空燃比オープン制御を実施すべくフィードバック補正係数ＦＡＦを「１．０」に設定する。フィードバック補正係数ＦＡＦの算出後、ＥＣＵ２６は、ステップ１８０で次の（３）式を用いて燃料噴射量ＴＡＵを算出する。
【００５１】
ＴＡＵ＝Ｔｐ・ＦＡＦ・ＦＡＬＬ            ・・・（３）
つまり、基本噴射量Ｔｐ、フィードバック補正係数ＦＡＦ及びその他の補正係数ＦＡＬＬ（エンジン水温，電気負荷等の各種補正係数）から燃料噴射量ＴＡＵを設定し、その後、ＥＣＵ２６は本ルーチンを終了する。
【００５２】
次に、Ａ／Ｆセンサ３０による空燃比（限界電流値）検出時においてその印加電圧を制御する手順について説明する。ここで、本実施の形態では、
・空燃比（センサ電流値）の複数の検出域毎に、印加電圧の変化率が異なる印加電圧特性線を用いて目標印加電圧値を設定すること、
・空燃比（センサ電流値）の複数の検出域毎に、印加電圧の変更速度を逐次可変に設定すること、
を主な特徴としており、その概要を図８のＶ−Ｉ特性図を用いて説明する。
【００５３】
図８のＶ−Ｉ特性図によれば、以下に記す（１）〜（４）の各領域をＡ／Ｆセンサ３０により空燃比が高精度に検出されるべき領域としている。つまり、本実施の形態では、
（１）ストイキＦ／Ｂ制御により目標空燃比が設定されるストイキ近傍領域であり、その空燃比が例えば１３〜１７の領域（図８のＣ領域であり、センサ電流＝−６〜５ｍＡの領域）、
（２）リーンバーンＦ／Ｂ制御により目標空燃比が設定されるリーンバーン領域であり、その空燃比が例えば２０〜２６の領域（図８のＥ領域であり、センサ電流＝１０〜１６ｍＡの領域）、
（３）例えば燃料カットに伴う大気検出領域（図８のＧ領域であり、センサ電流＞２７ｍＡの領域）、
（４）所定のリッチ領域であり、その空燃比が例えば１２未満の領域（図８のＡ領域であり、センサ電流＜−１１ｍＡの領域）、
といった上記４領域を空燃比の高精度検出域としている。
【００５４】
これら各領域では、Ａ／Ｆセンサ３０への印加電圧を設定するための印加電圧特性線Ｌ１が略直立しており、これは上記（１）〜（４）の各領域において印加電圧が固定されることを意味する。この場合、上記（１）〜（４）の各領域内にて空燃比が変動したとしても、印加電圧が変更されることはなく、ジルコニア素子のコンデンサ特性（図２７の等価回路参照）による電流変化の影響を受けてセンサ電流が不用意に変化することはない。
【００５５】
但し、上記（１）〜（４）の各領域とは異なる領域、すなわち図８においてセンサ電流＝−１１〜−６ｍＡ，５〜１０ｍＡ，１６〜２７ｍＡの領域（図８のＢ，Ｄ，Ｆ領域）は、特に空燃比を高精度に検出する領域としていない。そのため、印加電圧特性線Ｌ１は傾きをもって与えられ、その時々の空燃比に応じた印加電圧が可変に設定されるようになっている。
【００５６】
因みに、上記（４）の領域については、例えば高負荷運転時や低温始動時に燃料噴射量を増量フィードバック制御する場合において、必要になる領域である。同制御によれば、高負荷或いは低温始動時においてドライバビリティが確保できると共に、エミッションの低減が実現できる。なお、本実施の形態ではその制御内容についての記載を省略する。
【００５７】
他方、既述したように、本実施の形態では、空燃比の検出域に応じて印加電圧の変更速度を逐次可変に設定するようにしており、これを図８を用いて説明すれば、
（ａ）センサ電流＝−１１ｍＡ未満，−６〜５ｍＡ，１０〜１６ｍＡ，２７ｍＡ以上の領域（図８のＡ，Ｃ，Ｅ，Ｇ領域）では、基準速度となる「５ｍＶ／４ｍｓ」で印加電圧を変化させるようにし、
（ｂ）センサ電流＝−１１〜−６ｍＡ，５〜１０ｍＡの領域（図８のＢ，Ｄ領域）は、基準速度よりも遅い「５ｍＶ／８ｍｓ」で印加電圧を変化させるようにし、
（ｃ）センサ電流＝１６〜２７ｍＡの領域（図８のＦ領域）では、基準速度よりも速い「１０ｍＶ／４ｍｓ」で印加電圧を変化させるようにしている。
【００５８】
こうして上記（ａ）領域を基準に印加電圧の変更速度を変更する理由は、次の通りである。つまり、上記（ｂ）領域は、既述したＡ／Ｆセンサ３０のコンデンサ特性による影響を受けないよう検出精度を確保しつつ空燃比情報を得る領域であり、そのため、印加電圧をゆっくりと変化させるようにしている。また、上記（ｃ）領域は、空燃比の検出が不要であって、空燃比の検出よりも燃料カット時の空燃比の急変に追従させるべく、印加電圧の変更速度を速くすることが優先される。
【００５９】
かかる場合、印加電圧の変更速度は、図９に示す３通りの速度が用いられ、図９では、単位時間Δｔ当たりの電圧変化量ΔＶの関係を示す。同図において、５ｍＶ／４ｍｓ（＝１０ｍＶ／８ｍｓ）は基準の変更速度を表し、５ｍＶ／８ｍｓ（＝１０ｍＶ／１６ｍｓ）は基準よりも遅い変更速度を表し、５ｍＶ／２ｍｓ（＝１０ｍＶ／４ｍｓ）は基準よりも速い変更速度を表している。
【００６０】
以下に、Ａ／Ｆセンサ３０による空燃比（センサ電流値）の検出時においてその印加電圧を制御する手順を、図６及び図７のフローチャートを用いて説明する。なお、図６及び図７のフローは、電源の投入に伴いマイコン２０により起動されるようになっている。
【００６１】
さて、マイコン２０は、先ずステップ２００で前回のセンサ電流検出から所定時間Ｔ１が経過したか否かを判別する。ここで、所定時間Ｔ１は、センサ電流値Ｉの検出周期に相当する時間であって、例えばＴ１＝２〜４ｍｓ（ミリ秒）程度に設定されるのが適当である。そして、前回のセンサ電流検出時から所定時間Ｔ１が経過していれば、マイコン２０はステップ２００を肯定判別してステップ２０１に進む。マイコン２０は、ステップ２０１で電流検出回路５０により検出されたセンサ電流値（限界電流値）Ｉを読み込む。このとき、予めマイコン２０のＲＯＭに記憶されている特性マップを用いてその時のセンサ電流値Ｉに対応するエンジンの空燃比を検出することも可能である。
【００６２】
その後、マイコン２０は、ステップ２０２でその時のセンサ電流値に基づいてＡ／Ｆセンサ３０に印加すべき目標印加電圧値ＶＴを決定する。かかる場合には、前記図８のＶ−Ｉ特性図で説明した印加電圧特性線Ｌ１を用いる。つまり、上述したように、空燃比の検出精度が必要な領域（ストイキ制御域、リーンバーン制御域、大気検出域及びリッチ制御域）では目標印加電圧値ＶＴが固定値として設定され、これに対し、空燃比の検出精度がさほど必要でない上記以外の領域では目標印加電圧値ＶＴが可変に設定されることになる。
【００６３】
また、マイコン２０は、ステップ２０３で前記設定した目標印加電圧値ＶＴから現在Ａ／Ｆセンサ３０に印加している電圧値ＶＲを減算し、その値を印加電圧の変更量ΔＶとして算出する（ΔＶ＝ＶＴ−ＶＲ）。この変更量ΔＶは印加電圧の偏差に相当する。
【００６４】
その後、マイコン２０は、ステップ２０４でセンサ電流値Ｉに応じて印加電圧の変更速度の設定条件を判別する。このとき、５ｍＶ／４ｍｓの変更速度を基準とし、１０ｍＶ／４ｍｓを基準よりも遅い変更速度、５ｍＶ／８ｍｓを基準よりも速い変更速度としている。従って、センサ電流値Ｉが、Ｉ＜−１１ｍＡ，−６≦Ｉ＜５ｍＡ，１０≦Ｉ＜１６ｍＡ，Ｉ≧２７ｍＡのいずれかであれば（前記図８のＡ，Ｃ，Ｅ，Ｇ領域であれば）、マイコン２０は図７のステップ２１０に進み、ステップ２１０〜２１２で基準の変更速度にて印加電圧が変化するよう当該速度を設定する。また、センサ電流値Ｉが１６≦Ｉ＜２７ｍＡであれば（前記図８のＦ領域であれば）、マイコン２０は図７のステップ２０５に進み、ステップ２０５〜２０９で基準よりも速い変更速度にて印加電圧が変化するよう当該速度を設定する。さらに、センサ電流値Ｉが、−１１≦Ｉ＜−６ｍＡ，５≦Ｉ＜１０ｍＡであれば（前記図８のＢ，Ｄ領域であれば）、マイコン２０は図７のステップ２１３に進み、ステップ２１３〜２１６で基準よりも遅い変更速度にて印加電圧が変化するよう当該速度を設定する。
【００６５】
そして、基準の変更速度（５ｍＶ／４ｍｓ）で印加電圧を変更する場合、マイコン２０は、図７のステップ２１０で前記算出した印加電圧の変更量ΔＶが５ｍＶを越えるか否かを判別する。この場合、ΔＶ＞５ｍＶであれば、マイコン２０はステップ２１１に進み、印加電圧の現在値ＶＲに５ｍＶを加算し、ΔＶ≦５ｍＶであれば、印加電圧の現在値ＶＲをそのままホールドする。印加電圧の設定後、マイコン２０はステップ２１７に進み、上記ＶＲ値を印加電圧値として出力し、その後図６のステップ２００に戻る。これにより、Ｄ／Ａ変換器２１及びバイアス制御回路４０を介してＡ／Ｆセンサ３０に所望の電圧が印加されることになる。
【００６６】
なおここで、本実施の形態では、分解能が５ｍＶ／ＬＳＢのＤ／Ａ変換器２１を使用することとしており、印加電圧の変更量ΔＶが分解能を下回るものであれば、印加電圧の変更は行われないようになっている。但し、印加電圧の変更量ΔＶが５ｍＶに満たない場合において、そのΔＶ値を四捨五入した結果が５ｍＶになるようであれば、印加電圧を変更するようにしてもよい。
【００６７】
また、基準よりも速い変更速度（１０ｍＶ／４ｍｓ）で印加電圧を変更する場合、マイコン２０は、図７のステップ２０５で前記算出した印加電圧の変更量ΔＶが１０ｍＶを越えるか否かを判別する。この場合、ΔＶ＞１０ｍＶであれば、マイコン２０はステップ２１１に進み、印加電圧の現在値ＶＲに１０ｍＶを加算する。つまり、印加電圧の偏差が大きいため、一度に（高速で）印加電圧を変更する。一方、前記ステップ２０５でΔＶ≦１０ｍＶであれば、マイコン２０はステップ２０７に進み、印加電圧の変更量ΔＶが５ｍＶを越えるか否かを判別する。そして、ΔＶ＞５ｍＶであれば、マイコン２０はステップ２０８に進み、印加電圧の現在値ＶＲに５ｍＶを加算し、ΔＶ≦５ｍＶであれば、印加電圧の現在値ＶＲをそのままホールドする。印加電圧の設定後、マイコン２０はステップ２１７に進み、上記ＶＲ値を印加電圧値として出力する。
【００６８】
さらに、基準よりも遅い変更速度（５ｍＶ／８ｍｓ）で印加電圧を変更する場合には、本処理が４ｍｓ周期で実施されるため、多くとも２回に１回の割合で印加電圧が更新されることになる。そこで、マイコン２０は、図７のステップ２１３で現時点が８ｍｓ時であるか、すなわち印加電圧の変更時であるか否かを判別する。そして、ステップ２１３が肯定判別されると、マイコン２０はステップ２１４に進み、前記算出した印加電圧の変更量ΔＶが５ｍＶを越えるか否かを判別する。この場合、ステップ２１３，２１４が共に肯定判別されれば、マイコン２０はステップ２１５に進み、印加電圧の現在値ＶＲに５ｍＶを加算する。一方、ステップ２１３，２１４のいずれかが否定判別されれば、マイコン２０はステップ２１６に進み、印加電圧の現在値ＶＲをそのままホールドする。印加電圧の設定後、マイコン２０はステップ２１７に進み、上記ＶＲ値を印加電圧値として出力する。
【００６９】
また、本明細書においては詳細な記載を省略するが、本実施の形態の空燃比制御装置では、燃料カット状態にてＡ／Ｆセンサ３０により大気の空燃比を検出し、その検出結果からＡ／Ｆセンサ３０の異常や劣化状態を検出するようにしている。つまり、Ａ／Ｆセンサ３０が正常であれば、燃料カットに伴って空燃比がリーン側に大きく移行した際に、それに応じた大きなセンサ電流が得られることになる。この場合、大気検出時のセンサ電流値は既知であるため、燃料カット時における空燃比（センサ電流）の検出結果によれば、センサ異常が容易に検出できる。また、センサ特性の個体差も知ることができる。
【００７０】
以上詳述した本実施の形態によれば、以下に示す効果が得られる。
（ａ）本実施の形態では、ストイキ制御域（図８のＣ領域）、リーンバーン制御域（図８のＥ領域）、大気検出域（図８のＧ領域）、及びリッチ制御域（図８のＡ領域）においてＡ／Ｆセンサ３０への印加電圧の変化率を他の領域よりも小さくするようにした。具体的には、印加電圧特性線Ｌ１をＶ軸に対して直立させ、上記各領域内では印加電圧を固定とした。
【００７１】
この場合、Ａ／Ｆセンサ３０の容量（コンデンサ）特性の影響を受けない状態で、当該センサ３０に電圧が印加されることになる。従って、従前の装置のように、コンデンサに蓄えられる電荷の影響からセンサ電流が電圧変更直後においてピーク電流を発生し、それにより所定の電流値に収束するまでの時間が長くなるといった問題を招くことはない（図２８参照）。また、上記のように印加電圧を固定とすることにより、極リッチ領域や極リーン領域においても精度良く空燃比が検出できるため、空燃比の検出範囲を広げることができる。その結果、空燃比を広域に検出しつつ、その空燃比検出精度を向上させることができるようになる。
【００７２】
（ｂ）ここで、印加電圧の変化率を小さくする領域では、Ａ／Ｆセンサ３０への印加電圧を固定値としたため、本発明の目的を達成する上で構成の簡素化を図ることができる。
【００７３】
（ｃ）上記のように、ストイキ制御域及びリーンバーン制御域において空燃比が精度良く検出できることから、その検出結果を空燃比フィードバック制御により良く反映させることができる。すなわち、ストイキ制御並びにリーンバーン制御の併用に際し、高精度な空燃比フィードバック制御が実施でき、エミッションが悪化する等の不具合が解消できる。
【００７４】
（ｄ）また、大気検出域において空燃比（センサ電流値）が精度良く検出できることから、例えば燃料カットに伴う大気検出時に検出されたセンサ電流値と、大気検出時の既知のセンサ電流値とを照合比較すれば、Ａ／Ｆセンサ３０の劣化状態を精度良く判定することができるようになる。さらに、こうした大気検出時におけるセンサ電流値の検出結果は、センサ特性の個体差の補正にも用いることができる。
【００７５】
（ｅ）併せて、本実施の形態では、Ａ／Ｆセンサ３０への印加電圧を変更する際に、その時の印加電圧の変更速度を逐次可変に設定するようにした。具体的には、センサ電流値（空燃比）毎に３種類の変更速度を設定した。この構成においても、既述したようにＡ／Ｆセンサ３０のコンデンサ特性の影響を受けることなく当該センサに電圧が印加されることになり、コンデンサ特性に起因する従前の問題が解消できる。この場合、空燃比の全検出域にて適切な検出処理が実施できるため、空燃比を精度良く検出できる領域が広げられることになる。
【００７６】
（ｆ）また特に、本実施の形態では、印加電圧の変更速度を変化させる際において、電圧幅を変化させると共に（図７のステップ２０５〜２０９）、時間間隔を変化させるようにした（図７のステップ２１３〜２１６）。これは、印加電圧の変更速度を変化させる一手法であるが、かかる手法によれば、簡易的に印加電圧の変更速度が変えられるようになる。
【００７７】
（ｇ）また、本実施の形態では、空燃比制御の途中において大気検出処理が実施される際には、印加電圧の変更速度をそれまでの変更速度よりも速くするようにした（前記図８のＦ領域）。つまり、例えば燃料カットに伴い実施される大気検出時には、空燃比が急変する。この場合、通常は空燃比の急変途中において当該空燃比が検出されないため、印加電圧の変更速度を速くし、空燃比検出の追従性を向上させることを優先している。
【００７８】
（ｈ）さらに、目標空燃比の設定域（図８の「Ｃ」のストイキ制御域、及び図８の「Ｅ」のリーンバーン制御域）においてＡ／Ｆセンサ３０への印加電圧の変化率を他の領域よりも小さくすると共に、当該変化率を小さくした領域に隣接する領域（図８のＢ，Ｄ領域）では印加電圧の変更速度を基準速度（５ｍＶ／４ｍｓ）よりも遅くした。かかる場合には、目標空燃比の設定域で印加電圧の変化率を小さくすることにより、既述した通り当該領域で空燃比の検出精度が向上する。また一方で、当該領域に隣接する領域で印加電圧の変更速度を他よりも遅くすれば、目標空燃比の設定域の境界部付近（センサ電流値＝−６ｍＡ，５ｍＡ，１０ｍＡ付近）で推移する空燃比の検出精度をも向上させることができるようになる。
【００７９】
なお、上記実施の形態では、図８のＶ−Ｉ特性図に基づいて目標印加電圧値ＶＴを設定するようにし、特に空燃比の検出精度が必要な領域では印加電圧を固定とした。またそれに加え、印加電圧の変更速度を逐次可変に設定するようにした。しかし、構成を簡素化する意図で上記実施の形態を下記の如く変更しても、本発明の目的が達成できる。
【００８０】
すなわち、例えば印加電圧を固定とする領域（前記図８においてＶ軸に直立する部位）を無くし、図１０に示すように、Ａ／Ｆセンサ３０の内部抵抗Ｒｉに応じた特性線Ｌａを設定しておく。この場合、何れの領域においても同じ傾きで印加電圧が変化するため、空燃比の検出精度が必要な領域でも印加電圧が変化することになる。しかし、前記図６及び図７のルーチンで説明したように、印加電圧の変更速度をその時々に応じて可変に設定すれば、所望の領域で空燃比の検出精度が向上し、本発明の目的が達成られることになる。またかかる構成では、メモリ内に複雑なマップ（印加電圧特性線）を記憶させておかなくてもよいという利点がある。
【００８１】
また、前記図８の印加電圧特性線Ｌ１に基づいて目標印加電圧値ＶＴを設定する構成（空燃比の検出精度が必要な領域で印加電圧を固定とする構成）を採用する一方で、印加電圧の変更速度を一定値のまま固定させておいてもよい。具体的には、前記図６及び図７のルーチンにおいて、ステップ２０３〜２１６の処理を削除する。この場合、上記実施の形態に比べて僅かに検出精度が低下するものの、所望の領域で空燃比の検出精度が向上し、本発明の目的が達せられることに相違ない。
【００８２】
次に、本発明の第２〜第５の実施の形態を説明する。但し、以下の各実施の形態の構成において、上述した第１の実施の形態と同等であるものについてはその説明を簡略化する。そして、以下には第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００８３】
（第２の実施の形態）
以下に、本発明における第２の実施の形態について、図１１及び図１２を用いて説明する。本実施の形態では、予め設定しておいた空燃比検出範囲の範囲外（図３参照）において、その際に流れるセンサ電流を所定域内に制限することを目的としており、その概略を図１１のＶ−Ｉ特性図を用いて説明する。
【００８４】
図１１によれば、Ａ／Ｆ＝１１．５〜２６（センサ電流＝−１３〜１６ｍＡの範囲）の範囲を「空燃比検出範囲」としており、同範囲内では、上記第１の実施の形態における特性線Ｌ１と同様の特性線Ｌ１０が設定され、この特性線Ｌ１０を用いて印加電圧が制御されるようになっている。この特性線Ｌ１０は、印加電圧が固定されるストイキ制御域（Ａ／Ｆ＝１３〜１７）、リーンバーン制御域（Ａ／Ｆ＝２０〜２６）及びリッチ制御域（Ａ／Ｆ＝１１．５〜１２）を有するが、空燃比検出範囲外となる大気検出域は省略されている。なお、この特性線Ｌ１０は上記の３箇所に印加電圧を固定にする部分を有するものの、全体としては電圧及び電流のうち一方が増加すると他方も増加するといった正特性を有している（正の傾きを有する）。
【００８５】
そして、空燃比検出範囲よりもリッチ側（Ａ／Ｆ＜１１．５）では、負の傾き（前記特性線Ｌ１０とは正負逆の傾き）を有する特性線Ｌ１１が設定されている。このとき、図中の点ａは、前記特性線Ｌ１０が空燃比検出範囲のリッチ限界となる点であり、点ｂは、所定のセンサ電流検出範囲（図示略）のリッチ側限界とＡ／Ｆセンサ３０のリッチ側起電力（０．９Ｖ）との交点である。そして、特性線Ｌ１１は点ａ，ｂを結ぶ一次直線部を有する。なお、同特性線Ｌ１１の点ｂよりもさらにリッチ側は、Ｉ軸に平行な直線部となっている（常時、０．９Ｖ）。
【００８６】
また、空燃比検出範囲よりもリーン側（Ａ／Ｆ＞２６）でも、負の傾き（前記特性線Ｌ１０とは正負逆の傾き）を有する特性線Ｌ１２が設定されている。このとき、図中の点ｃは、前記特性線Ｌ１０が空燃比検出範囲のリーン限界となる点であり、点ｄは、所定のセンサ電流検出範囲（図示略）のリーン側限界とＡ／Ｆセンサ３０のリーン側起電力（０Ｖ）との交点である。そして、特性線Ｌ１２は点ｃ，ｄを結ぶ一次直線部を有する。なお、同特性線Ｌ１２の点ｄよりもさらにリーン側は、Ｉ軸に平行な直線部となっている（常時、０Ｖ）。
【００８７】
上記の如く特性線Ｌ１１，Ｌ１２を設定することにより、図１１に示す状態下において、空燃比検出範囲外となる領域では、その時に流れるセンサ電流が自ずと所定領域内（例えば、回路設計上、予め設定されているセンサ電流検出範囲内）に制限されることとなる。
【００８８】
以下に、本実施の形態における印加電圧制御を実施する手順について、図１２のフローチャートを用いて説明する。図１２のフローは、前記第１の実施の形態における図６のステップ２０２内で実施される追加処理であり、図６及び図７の印加電圧制御ルーチンの他の処理は既述したものと同様である。この図１２の処理では、前記図１１の印加電圧特性線Ｌ１０，Ｌ１１，Ｌ１２に基づいてＡ／Ｆセンサ３０への印加電圧値が決定されるようになっている。
【００８９】
詳しくは、マイコン２０は、ステップ２０２ａでセンサ電流値Ｉが空燃比検出範囲のリッチ限界以下であるか否か、すなわちＡ／Ｆ＝１１．５に相当する電流値以下であるか否かを判別する。センサ電流値Ｉが空燃比検出範囲のリッチ限界以下であれば、マイコン２０は、ステップ２０２ａを肯定判別してステップ２０２ｃに進み、センサ電流値Ｉが空燃比検出範囲のリッチ限界よりも大きければステップ２０２ｂに進む。
【００９０】
また、マイコン２０は、ステップ２０２ｂで前記センサ電流値Ｉが空燃比検出範囲のリーン限界以下であるか否か、すなわちＡ／Ｆ＝２６に相当する電流値以下であるか否かを判別する。センサ電流値Ｉが空燃比検出範囲のリーン限界以下であれば、マイコン２０は、ステップ２０２ｂを肯定判別してステップ２０２ｄに進み、センサ電流値Ｉが空燃比検出範囲のリーン限界よりも大きければステップ２０２ｅに進む。
【００９１】
ステップ２０２ｃに進んだ場合（Ｉ≦リッチ限界の場合）、マイコン２０は、前記図１１の特性線Ｌ１１を用いて、前処理にて検出したセンサ電流値Ｉに応じた目標印加電圧値ＶＴ（リッチ時電流制限用のセンサ印加電圧）を算出する。また、ステップ２０２ｄに進んだ場合（リッチ限界＜Ｉ≦リーン限界の場合）、マイコン２０は、前記図１１の特性線Ｌ１０を用いてセンサ電流値Ｉに応じた目標印加電圧値ＶＴ（通常時の印加電圧）を算出する。さらに、ステップ２０２ｅに進んだ場合（Ｉ＞リーン限界の場合）、マイコン２０は、前記図１１の特性線Ｌ１２を用いてセンサ電流値Ｉに応じた目標印加電圧値ＶＴ（リーン時電流制限用のセンサ印加電圧）を算出する。なお、印加電圧の変更速度の設定処理等、上記図１２の処理以外は既述した処理と同様であるため、ここではその説明を省略する。
【００９２】
以上本実施の形態によれば、前述の第１の実施の形態と同様に、本発明の目的が達せられると共に、以下に記す付加的な効果が得られる。
（ａ）本実施の形態では、空燃比検出範囲外の領域（図１１のＡ／Ｆ＜１１．５，Ａ／Ｆ＞２６の領域）において、センサ電流を所定値に制限するようＡ／Ｆセンサ３０への印加電圧を制御するようにした。具体的には、空燃比検出範囲内では、Ｖ−Ｉ座標上で所定の正特性（図１１の特性線Ｌ１０）により印加電圧を制御し、空燃比検出範囲外では、前記正特性とは異なる特性（図１１の特性線Ｌ１１，Ｌ１２）により印加電圧を制御するようにした。
【００９３】
要するに、空燃比検出範囲外の領域においては空燃比に応じた単調な印加電圧制御を実施すると、Ａ／Ｆセンサ３０に大電流が流れる等の問題を招く。これに対して本実施の形態では、センサ電流に制限を与えることにより、過大なセンサ電流が流れるといった問題が回避できる。その結果、空燃比検出範囲外においてセンサ電流を適正に抑制し、正確な電流検出を実施することができる。併せて、Ａ／Ｆセンサ３０に電圧を印加するためのバイアス制御回路４０の発熱量（詳細には、回路内のトランジスタの駆動による発熱量）を大幅に低減することができる。
【００９４】
（ｂ）特に、図１１の特性線Ｌ１１は、センサ電流が空燃比検出範囲よりもリッチ側にある場合に、Ａ／Ｆセンサ３０の起電力の最大値（０．９ボルト）に近づくよう印加電圧を徐々に制御するものとし、特性線Ｌ１２は、センサ電流が空燃比検出範囲よりもリーン側にある場合に、Ａ／Ｆセンサ３０の最小値（０ボルト）に近づくよう印加電圧を徐々に制御するものとした。この構成によれば、所定範囲内にてセンサ電流が制限でき、この範囲を超えるようなセンサ電流が流れることはない。因みに、Ａ／Ｆセンサ３０の素子内部抵抗が変化し、抵抗支配領域の傾きが変化するような場合にも、その変化に関係なくセンサ電流を所定範囲内に抑えることができる。
【００９５】
（ｃ）また、本実施の形態によれば、空燃比がリーン側或いはリッチ側に大きく変化する場合でも、常にセンサ電流値が所定のセンサ電流検出範囲内にて検出できるため、印加電圧とセンサ電流値とからＡ／Ｆセンサ３０の素子内部抵抗を検出する必要がある場合には、いつでも当該内部抵抗を検出することが可能となる。
【００９６】
以上のようなセンサ電流の制限処理は、上記構成以外に、次のように構成してもよい。例えば、空燃比検出範囲外において、センサ電流値（空燃比）が所定の目標値になるよう印加電圧をフィードバック制御する。かかる場合、センサ電流値が目標値に制御されることにより、当該センサ電流が不用意に上昇したり下降したりすることはない。従って、上記実施の形態と同様に、空燃比検出範囲外においてセンサ電流を適正に検出することができる。また、バイアス制御回路４０の発熱量を大幅に抑制することができる。
【００９７】
（第３の実施の形態）
次に、本発明における第３の実施の形態を図１３〜図１６を用いて説明する。上記各実施の形態では、空燃比フィードバック制御装置として、ストイキＦ／Ｂ制御とリーンバーンＦ／Ｂ制御とを併せ実施するシステムを構築しその概要を説明したが、本実施の形態では、ストイキＦ／Ｂ制御のみを実施するシステムについて説明する。また、本実施の形態では、必要に応じてＡ／Ｆセンサ３０の素子内部抵抗Ｒｉを検出することとし、素子内部抵抗Ｒｉに応じて印加電圧を設定するための複数の特性線を選択的に使用するようにしている。
【００９８】
図１３は、本実施の形態における空燃比制御装置の概要を示す構成図である。図１３は、上記第１の実施の形態における図１の一部を変更したものであり、同図では、マイコン２０からのバイアス指令信号Ｖｒを入力するＤ／Ａ変換器２１の出力側にＬＰＦ（ローパスフィルタ）２２が設けられている。従って、Ｄ／Ａ変換器２１から出力されたアナログ信号Ｖｂは、ＬＰＦ２２にて信号Ｖｂの高周波成分が除去されて出力電圧Ｖｃとなり、その電圧Ｖｃが空燃比の検出電圧又は素子内部抵抗の検出電圧の何れかとしてバイアス制御回路４０に入力される。このとき、空燃比の検出時には、Ｖ−Ｉ特性図における印加電圧特性線を用いてその時の空燃比（センサ電流値）に対応した印加電圧が設定されるのに対し、素子内部抵抗の検出時には、所定周波数信号よりなる単発的で且つ所定の時定数を持った電圧が印加されることになる。
【００９９】
次に、上記の如く構成される空燃比フィードバック制御装置の作用を説明する。
本実施の形態では、上述したように、空燃比フィードバック制御として、リーンバーンＦ／Ｂ制御を実施せずにストイキＦ／Ｂ制御のみを実施する。そのため、ここではＶ−Ｉ特性図として図１６を用い、同図の印加電圧特性線Ｌ２１（実線で示す）に基づいて印加電圧を設定するようにしている。同図の印加電圧特性線Ｌ２１では、
（１）ストイキＦ／Ｂ制御により目標空燃比が設定されるストイキ近傍領域であり、その空燃比が例えば１３〜１７の領域（センサ電流＝−６〜５ｍＡの領域）、
（２）例えば燃料カットに伴う大気検出領域（センサ電流＞２７ｍＡの領域）、（３）所定のリッチ領域であり、その空燃比が例えば１２未満の領域（センサ電流＜−１１ｍＡの領域）、
といった上記３領域を空燃比の高精度検出域としている。つまり、上記３領域では、印加電圧を固定にすべく、印加電圧特性線Ｌ２１がＶ軸に対して直立している。
【０１００】
なお同図において、実線で示す特性線Ｌ２１は、内部抵抗Ｒｉが３０Ωの場合の印加電圧特性線を表し、二点鎖線で示す特性線Ｌ２２は、内部抵抗Ｒｉが６０Ωの場合の印加電圧特性線を表している。このように実際上は、例えばＡ／Ｆセンサ３０の活性化状態のパラメータとなりうる内部抵抗Ｒｉに応じて特性線を変更するのが望ましく、このことは上記第１の実施の形態における図８のＶ−Ｉ特性図においても同様である（前記図８においても、ほぼ同様の傾向にてＲｉ毎に印加電圧特性線が設定できる）。
【０１０１】
図１４は、本実施の形態におけるマイコン２０のメインルーチンを示すフローチャートである。同図において、マイコン２０は、先ずステップ３００で前回の空燃比検出時から所定時間Ｔ１が経過したか否かを判別する。ここで、所定時間Ｔ１は、空燃比の検出周期に相当する時間であって、例えば、Ｔ１＝２〜４ｍｓ程度に設定されるのが適当である。そして、前回の空燃比検出時から所定時間Ｔ１が経過していれば、マイコン２０はステップ３００を肯定判別してステップ３１０に進む。マイコン２０は、ステップ３１０で電流検出回路５０により検出されたセンサ電流値Ｉ（限界電流値）を読み込むと共に、その検出結果をエンジン制御用ＥＣＵ２６に出力する。
【０１０２】
その後、ステップ３２０では、マイコン２０は、後述する手順に従い算出されたＡ／Ｆセンサ３０の内部抵抗Ｒｉ（ＲＡＭ値）を読み込む。そして、マイコン２０は、続くステップ３３０で図１６のＶ−Ｉ特性図上の特性線Ｌ２１（或いは特性線Ｌ２２）を参照しつつ、前記読み込んだセンサ電流値Ｉ及び内部抵抗Ｒｉに応じた目標印加電圧値ＶＴを設定する。
【０１０３】
また、マイコン２０は、ステップ３４０で前回の内部抵抗検出時から所定時間Ｔ２が経過したか否かを判別する。ここで、所定時間Ｔ２は、内部抵抗の検出周期に相当する時間であって、例えばエンジン運転状態に応じて選択的に設定される。本実施の形態では、空燃比の変化が比較的小さい通常時（エンジンの定常運転時）にはＴ２＝２ｓ（秒）に、空燃比の急変時（エンジンの過渡運転時）にはＴ２＝１２８ｍｓ（ミリ秒）に、というように設定される。そして、ステップ３４０が否定判別されれば、マイコン２０は、上記の如く所定時間Ｔ１の経過毎に空燃比（センサ電流値）を検出し、ステップ３４０が肯定判別されれば、ステップ３５０で素子内部抵抗を検出する。素子内部抵抗の検出処理を図１５のサブルーチンを用いて説明する。
【０１０４】
図１５において、マイコン２０は、先ずステップ３５１で現時点での空燃比がリッチであるかリーンであるかを判別する。空燃比＝リーンであれば、マイコン２０は、ステップ３５２でそれまでの印加電圧Ｖｐ（Ａ／Ｆ検出電圧）に対して負側→正側の順に電圧を変化させ、空燃比＝リッチであれば、ステップ３５３でそれまでの印加電圧Ｖｐに対して正側→負側の順に電圧を変化させる（バイアス指令信号Ｖｒを操作する）。
【０１０５】
そして、印加電圧の切り換え後において、マイコン２０は、ステップ３５４で電圧変化量ΔＶａと電流検出回路５０により検出されたセンサ電流の変化量ΔＩａとを読み取る。その後、マイコン２０は、続くステップ３５５でΔＶａ，ΔＩａを用いて内部抵抗Ｒｉを算出し（Ｒｉ＝ΔＶａ／ΔＩａ）、その後元のメインルーチンに戻る。また、こうして算出されたＲｉ値は、ヒータ３３の電力フィードバック制御に利用され、この制御によりＡ／Ｆセンサ３０の活性状態を保持されるようになっている。
【０１０６】
以上本実施の形態では、上記各実施の形態と同様に本発明の目的が達せられると共に、以下に示す付加的な効果が得られる。
（ａ）本実施の形態では、印加電圧の変化率を小さくする領域をＡ／Ｆセンサ３０の素子内部抵抗に応じて可変に設定するようにした（図１６のＶ−Ｉ特性図参照）。そのため、より一層精度の高い空燃比検出が実現できることとなる。
【０１０７】
（ｂ）また、本実施の形態では、空燃比を検出するためにＡ／Ｆセンサ３０に印加した電圧を、所定の時定数を持たせて素子内部抵抗の検出電圧に切り換え、その時の電圧変化と当該電圧変化に伴う電流変化とから素子内部抵抗を検出するようにした。つまり、本構成によれば、素子内部抵抗の検出電圧への切り換え時において、急峻な電流ピークの発生が抑制できる。その結果、正確なセンサ電流値を計測することができ、ひいては、Ａ／Ｆセンサ３０の素子内部抵抗を精度良く検出することが可能となる。こうして素子内部抵抗が正確に検出できれば、空燃比検出の高精度化にも貢献できる。
【０１０８】
（ｃ）本実施の形態では、ＬＰＦ２２を用いて所定の時定数を有する交流信号をＡ／Ｆセンサ３０に印加させるようにした。そのため、より簡便な構成にて素子内部抵抗を精度良く検出するといった、有利な効果を得ることができる。この場合、マイコン２０は、矩形波状のデジタル信号を生成するのみであるため、その高負荷な演算処理が要求されるものではない。従って、より実現性の高い空燃比検出装置を提供できることとなる。
【０１０９】
（第４の実施の形態）
第４の実施の形態は、上記第３の実施の形態の変形例を示すものであって、本実施の形態では、前記図１１のＶ−Ｉ特性図で説明したように、予め設定しておいた空燃比検出範囲の範囲外において、その際に流れるセンサ電流を所定域内に制限することを目的としており、その概略を図１７のＶ−Ｉ特性図を用いて説明する。
【０１１０】
つまり、図１７によれば、Ａ／Ｆ＝１１．５〜２０（センサ電流値＝−１３〜１０ｍＡ）の範囲を「空燃比検出範囲」としており、同範囲内では、上記第３の実施の形態における特性線Ｌ２１，Ｌ２２と同様の特性線Ｌ３１，Ｌ３２が設定され、この特性線Ｌ３１，Ｌ３２を用いて印加電圧が制御されるようになっている。なお、特性線Ｌ３１は内部抵抗Ｒｉ＝３０Ω、特性線Ｌ３２は内部抵抗Ｒｉ＝６０Ωの特性を表すが、以下には特性線Ｌ３１を主に詳細を説明する。すなわち、特性線Ｌ３１は、印加電圧が固定されるストイキ制御域（Ａ／Ｆ＝１３〜１７）及びリッチ制御域（Ａ／Ｆ＝１１．５〜１２）を有するが、空燃比検出範囲外となる大気検出域は省略されている。また、この特性線Ｌ３１は上記の２箇所に印加電圧を固定にする部分を有するものの、全体としては電圧及び電流のうち一方が増加すると他方も増加するといった正特性を有している（正の傾きを有する）。
【０１１１】
そして、空燃比検出範囲よりもリッチ側（Ａ／Ｆ＜１１．５）では、負の傾き（前記特性線Ｌ３１とは正負逆の傾き）を有する特性線Ｌ３３が設定されている。このとき、図中の点ａは、前記特性線Ｌ３１が空燃比検出範囲のリッチ限界となる点であり、点ｂは、所定のセンサ電流検出範囲のリッチ側限界とＡ／Ｆセンサ３０のリッチ側起電力（０．９Ｖ）との交点である。そして、特性線Ｌ３３は点ａ，ｂを結ぶ一次直線部を有する。なお、同特性線Ｌ３３の点ｂよりもさらにリッチ側は、Ｉ軸に平行な直線部となっている（常時、０．９Ｖ）。
【０１１２】
また、空燃比検出範囲よりもリーン側（Ａ／Ｆ＞２０）でも、負の傾き（前記特性線Ｌ３１とは正負逆の傾き）を有する特性線Ｌ３４が設定されている。このとき、図中の点ｃは、前記特性線Ｌ３１が空燃比検出範囲のリーン限界となる点であり、点ｄは、所定のセンサ電流検出範囲のリーン側限界とＡ／Ｆセンサ３０のリーン側起電力（０Ｖ）との交点である。そして、特性線Ｌ３４は点ｃ，ｄを結ぶ一次直線部を有する。なお、同特性線Ｌ３４の点ｄよりもさらにリーン側は、Ｉ軸に平行な直線部となっている（常時、０Ｖ）。
【０１１３】
上記の如く特性線Ｌ３３，Ｌ３４を設定することにより、図１７に示す状態下において、空燃比検出範囲外となる領域では、その時に流れるセンサ電流が自ずと所定領域内（例えば、回路設計上、予め設定されているセンサ電流検出範囲内）に制限されることとなる。
【０１１４】
以上本実施の形態によれば、前述の各実施の形態と同様に、本発明の目的が達せられると共に、以下に記す付加的な効果が得られる。つまり、本実施の形態では、空燃比検出範囲外の領域（図１１のＡ／Ｆ＜１１．５，Ａ／Ｆ＞２０の領域）において、センサ電流を所定値に制限するようＡ／Ｆセンサ３０への印加電圧を制御するようにした。そのため、過大なセンサ電流が流れるといった問題が回避でき、適正な電流検出を実施することができる。併せて、Ａ／Ｆセンサ３０に電圧を印加するためのバイアス制御回路４０の発熱量を大幅に低減することができる。
【０１１５】
（第５の実施の形態）
次に、本発明における第５の実施の形態について図１８を用いて説明する。本実施の形態は、印加電圧の変更速度の設定手順について上記以外の手法を開示するものであり、具体的には目標印加電圧値ＶＴとその時々の実際の印加電圧値ＶＲとの差である変更量ΔＶに応じて印加電圧の変更速度を設定するようにしている。
【０１１６】
図１８は、本実施の形態における印加電圧制御ルーチンを示すフローチャートであり、同フローはマイコン２０への電源投入に従い起動されるようになっている。以下、図１８のフローを順を追って説明する。
【０１１７】
さて、図１８のフローがスタートすると、マイコン２０は、先ずステップ４００で前回のセンサ電流検出から所定時間Ｔ１（例えば、２〜４ｍｓ程度）が経過したか否かを判別する。そして、前回のセンサ電流検出時から所定時間Ｔ１が経過していれば、マイコン２０はステップ４００を肯定判別してステップ４０１に進む。マイコン２０は、ステップ４０１で電流検出回路５０により検出されたセンサ電流値（限界電流値）Ｉを読み込む。なおこのとき、予めマイコン２０のＲＯＭに記憶されている特性マップを用いてその時のセンサ電流値Ｉに対応するエンジンの空燃比を検出することも可能である。
【０１１８】
その後、マイコン２０は、ステップ４０２でその時のセンサ電流値に基づいてＡ／Ｆセンサ３０に印加すべき目標印加電圧値ＶＴを決定する。かかる場合には、前記図８のＶ−Ｉ特性図で説明した印加電圧特性線Ｌ１を用いる。つまり、上述したように、空燃比の検出精度が必要な領域（ストイキ制御域、リーンバーン制御域、大気検出域及びリッチ制御域）では目標印加電圧値ＶＴが固定値として設定され、これに対し、空燃比の検出精度がさほど必要でない領域では目標印加電圧値ＶＴが可変に設定されることになる。
【０１１９】
因みに、この目標印加電圧値ＶＴの設定に際しては、例えば前記図１６のように、リーンバーン制御域を持たない特性図を用いることも勿論可能である。この場合、空燃比の検出精度が必要な領域としてのストイキ制御域、大気検出域及びリッチ制御域では目標印加電圧値ＶＴが固定値として設定され、空燃比の検出精度がさほど必要でない上記以外の領域では目標印加電圧値ＶＴが可変に設定されることになる。また、空燃比検出範囲外において、その際に流れるセンサ電流を所定域内に制限する場合には、前記図１１や前記図１７のＶ−Ｉ特性図を用いて目標印加電圧値ＶＴが設定される。さらに、前記図１０に示すように、一次直線からなる特性線Ｌａ（電圧固定部のない特性線）を用いて目標印加電圧値ＶＴを設定することも可能である。
【０１２０】
また、マイコン２０は、ステップ４０３で前記設定した目標印加電圧値ＶＴから現在Ａ／Ｆセンサ３０に印加している電圧値ＶＲを減算し、その値を印加電圧の変更量ΔＶとして算出する（ΔＶ＝ＶＴ−ＶＲ）。この変更量ΔＶは印加電圧の偏差に相当する。
【０１２１】
その後、マイコン２０は、ステップ４０４で前記電圧変更量ΔＶの絶対値に応じて印加電圧の変更速度の設定条件を判別する。このとき、５ｍＶ／４ｍｓの変更速度を基準として、２０ｍＶ／４ｍｓ，１０ｍＶ／４ｍｓを基準よりも速い変更速度、５ｍＶ／８ｍｓ，５ｍＶ／１２ｍｓを基準よりも遅い変更速度としており、マイコン２０は、電圧変更量ΔＶが大きいほど印加電圧の変更速度を大きい値に設定し、逆に、電圧変更量ΔＶが小さいほど印加電圧の変更速度を小さい値に設定するようにしている。具体的には、
・｜ΔＶ｜≧０．５Ｖであれば、ステップ４０５で「２０ｍＶ／４ｍｓ」の変更速度にて印加電圧が変化するよう当該速度を設定し、
・０．３Ｖ≦｜ΔＶ｜＜０．５Ｖであれば、ステップ４０６で「１０ｍＶ／４ｍｓ」の変更速度にて印加電圧が変化するよう当該速度を設定し、
・０．１Ｖ≦｜ΔＶ｜＜０．３Ｖであれば、ステップ４０７で「５ｍＶ／４ｍｓ」の変更速度にて印加電圧が変化するよう当該速度を設定し、
・０．０５Ｖ≦｜ΔＶ｜＜０．１Ｖであれば、ステップ４０８で「５ｍＶ／８ｍｓ」の変更速度にて印加電圧が変化するよう当該速度を設定し、さらに、
・｜ΔＶ｜＜０．０５Ｖであれば、ステップ４０９で「５ｍＶ／１２ｍｓ」の変更速度にて印加電圧が変化するよう当該速度を設定する。
【０１２２】
そして、上記の如く印加電圧の変更速度が決定されると、マイコン２０は、ステップ４１０で前記決定された目標値ＶＴになるよう上記変更速度に則って印加電圧ＶＲを出力する（電圧値を変化させる）。その後、マイコン２０は、ステップ４００に戻り、以降同様の処理を繰り返し実行する。
【０１２３】
なお因みに、かかる印加電圧の変更処理（ステップ４０５〜４０９）において、Ｄ／Ａ変換器２１の分解能が５ｍＶ／ＬＳＢであるとすれば、基本的には電圧変更量ΔＶが５ｍＶ未満であれば電圧値の変更はできないようになっている（但し、四捨五入により５ｍＶになる場合に、電圧変更を可能としてもよい）。一方、変更速度が基準速度（５ｍＶ／４ｍｓ）よりも速い場合には、Ｄ／Ａ変換器２１の分解能に対応させつつ、一度に必要量の電圧幅を変更するようにしている。この処理は前記図７のステップ２０５〜２０９の処理に準ずるものである。また、変更速度が基準速度（５ｍＶ／４ｍｓ）よりも遅い場合には、複数回に１回の頻度で印加電圧を変更するようにしている。この処理は前記図７のステップ２１３〜２１６の処理に準ずるものである。
【０１２４】
以上本実施の形態によれば、前述の各実施の形態と同様に、本発明の目的が達せられる。また特に、本実施の形態では、印加電圧の変更量ΔＶに応じて印加電圧の変更速度を設定するようにしたため、ΔＶ値をパラメータとした適正な処理が実施できる。
【０１２５】
なお、本発明の実施の形態は、上記に限定されず以下に示す形態にて具体化できる。
（１）Ａ／Ｆセンサ３０のＶ−Ｉ特性図において、図１９に示すように、ステップ状に変化する特性線Ｌｂを設定するようにしてもよい。図１９では、例えばリッチ制御域、ストイキ制御域、リーンバーン制御域及び大気検出域において、印加電圧を固定とする部位を有しており、上記図８のように各領域を所定の傾きで接続する部位を省略している。この場合にも、本発明の目的が達せられる。なお、かかる場合には、例えば印加電圧の固定部に相当する複数の電圧電源を用意しておき、その時々の空燃比（センサ電流値）に応じて各電圧電源をスイッチング手段により切り換えて使用するようにしてもよい。こうした構成によれば、マイコン２０による複雑な演算処理が削除でき、演算負荷が軽減できると共に、コスト低減も図ることが可能になる。
【０１２６】
（２）上記各実施の形態では、印加電圧を所定の変更速度にて変化させる際において、Ｄ／Ａ変換器２１の分解能（５ｍＶ／ＬＳＢ）に基づいてその変更動作を行わせていた。そのため、Ｄ／Ａ変換器２１の分解能を下回る電圧変更量ΔＶについては、電圧値をそのままホールドさせるようにしていた（図６及び図７のフロー参照）。これに対して、高分解能でリニアに電圧値を変更できる構成を用いれば、微少量の電圧変更にも対処でき、常に目標印加電圧値ＶＴに一致するよう印加電圧を調整することができるようになる。この場合、前記図７のステップ２０９，２１２，２１６の処理は、「ＶＲ＝ＶＲ＋ΔＶ（但し、ΔＶは電圧変更の不足分に相当する）」のように変更される。
【０１２７】
（３）印加電圧の変更速度を可変に設定する条件として、上述したセンサ電流値Ｉや電圧変更量ΔＶ以外に、以下に示す図２０〜図２３の形態を用いるようにしてもよい。
・図２０に示すように、Ａ／Ｆセンサ３０の内部抵抗Ｒｉに応じて印加電圧の変更速度を可変に設定する。この場合、内部抵抗Ｒｉが大きくなるほど変更速度を速くし、逆に、内部抵抗Ｒｉが小さくなるほど変更速度を遅くする。図中の実線はＤ／Ａ変換器の分解能に応じて変更速度をステップ状に変化させる事例を示し、破線は変更速度をリニアに変化させる事例を示す。
・図２１に示すように、センサ電流値の変化量ΔＩに応じて印加電圧の変更速度を可変に設定する。この場合、変化量ΔＩが小さくなるほど変更速度を遅くし、逆に、変化量ΔＩが正側又は負側に大きくなるほど変更速度を速くする。図中の実線はＤ／Ａ変換器の分解能に応じて変更速度をステップ状に変化させる事例を示し、破線は変更速度をリニアに変化させる事例を示す。
・図２２に示すように、ストイキでの印加電圧を基準にして、現在の印加電圧値ＶＲに応じて印加電圧の変更速度を可変に設定する。この場合、印加電圧値ＶＲがストイキ電圧に近づくほど変更速度を遅くし、逆に、印加電圧値ＶＲがストイキ電圧から離れるほど変更速度を速くする。図中の実線はＤ／Ａ変換器の分解能に応じて変更速度をステップ状に変化させる事例を示し、破線は変更速度をリニアに変化させる事例を示す。
・図２３（ａ），（ｂ）に示すように、印加電圧特性線の傾き（屈曲点の角度Ｒ）に応じて印加電圧の変更速度を可変に設定する。この場合、印加電圧特性線のＲが大きくなるほど変更速度を遅くし、逆に、印加電圧特性線のＲが小さくなるほど変更速度を速くする。図中の実線はＤ／Ａ変換器の分解能に応じて変更速度をステップ状に変化させる事例を示し、破線は変更速度をリニアに変化させる事例を示す。
【０１２８】
因みに、センサ電流値Ｉや電圧変更量ΔＶと印加電圧の変更速度との関係についてもグラフ化すれば、図２４及び図２５に示すようになる。ここでも、図中の実線はＤ／Ａ変換器の分解能に応じて変更速度をステップ状に変化させる事例を示し、破線は変更速度をリニアに変化させる事例を示す。
【０１２９】
これら各構成によれば、印加電圧の変更速度をより一層精密に設定することができ、精度の高い空燃比検出が実現できることとなる。また、空燃比検出時の追従性を向上させることができる。なお、上記各条件のうち、何れの条件に基づいて印加電圧の変更速度を設定するかは、その時々の設計思想によるが、何れの場合にも適切な設定処理が実現できる。また、上記の複数の条件を組み合わせるようにすれば、所望の領域において空燃比の検出精度が一段と向上することになる。
【０１３０】
（４）上記各実施の形態では、ストイキ制御域、リーンバーン制御域、大気検出域及びリッチ制御域の各領域について、Ａ／Ｆセンサ３０への印加電圧の変化率を小さくするように構成していたが、こうして印加電圧の変化率を小さくする領域は例えばストイキ制御域だけとしてもよい。要は、少なくとも１つの特定領域においてＡ／Ｆセンサ３０への印加電圧の変化率を他の領域よりも小さくすれば、本発明の主旨が達せられる。また、上記各領域は空燃比の検出精度が必要な領域であることから、例えば図８に示すように印加電圧特性線をＶ軸に直立させていたが、これら各領域においては必ずしも特性線を直立させて印加電圧を固定させる必要はなく、僅かな傾きを持たせてもよい。要は、空燃比の検出精度が要求される上記各領域においては、他の領域よりも印加電圧の変化率を小さくするようにすればよい。
【０１３１】
（５）図２６に示すように、リッチ域か或いはリーン域かに応じてスイッチ的に印加電圧値を変化させる印加電圧特性線Ｌｂを設定する。この場合、図示の特性線Ｌｂによれば、一見、ストイキ近傍で印加電圧が急変するように思われるが、印加電圧の変更速度を遅くすれば、同図の破線のように印加電圧が変化し、印加電圧の急変に起因して空燃比の検出精度が悪化するといった不具合が抑制される。
【０１３２】
（６）Ａ／Ｆセンサ３０の素子内部抵抗と素子温度とは密接な関係に有り、具体的には、素子温度が高くなるほど素子内部抵抗は減少し、素子温度が低くなるほど素子内部抵抗は急激に上昇する。そこで、上記各実施の形態において、素子内部抵抗の代わりに素子温度を用いる構成としてもよい。ここで、素子温度は、熱電対や放射温度計等を用いて検出すればよい。
【０１３３】
（７）上記各実施の形態では、コップ型Ａ／Ｆセンサ（限界電流式空燃比センサ）を用いて本発明を具体化していたが、積層型Ａ／Ｆセンサにて本発明を具体化してもよい。かかる場合にも、既述した通りの作用及び効果が得られる。
【０１３４】
（８）上記各実施の形態では、車載用ガソリンエンジンの排気ガス中の酸素濃度（空燃比）を検出するためのＡ／Ｆセンサとして本発明を適用したが、例えばディーゼルエンジンやＣＮＧ（天然ガス）エンジン等、その他の内燃機関に適用してもよい。また、本発明の適用範囲は自動車用Ａ／Ｆセンサに限定されるものではなく、これ以外にも適用範囲を拡大することも可能である。例えばコージェネ等の定置型内燃機関の排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサとして具体化することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態における空燃比フィードバック制御装置の概要を示す構成図。
【図２】Ａ／Ｆセンサの詳細な構成を示す断面図。
【図３】Ａ／ＦセンサのＶ−Ｉ特性図。
【図４】バイアス制御回路の構成を示す電気回路図。
【図５】空燃比制御ルーチンを示すフローチャート。
【図６】第１の実施の形態における印加電圧制御ルーチンを示すフローチャート。
【図７】図６に続いて、印加電圧制御ルーチンを示すフローチャート。
【図８】第１の実施の形態における印加電圧特性線を詳細に説明するためのＶ−Ｉ特性図。
【図９】印加電圧の変更速度を説明するためのグラフ。
【図１０】印加電圧特性線を一次直線にした場合について示すＶ−Ｉ特性図。
【図１１】第２の実施の形態において、電流値を所定範囲に制限するための印加電圧特性線を示すＶ−Ｉ特性図。
【図１２】第２の実施の形態において、印加電圧制御ルーチンの一部を示すフローチャート。
【図１３】第３の実施の形態における空燃比フィードバック制御装置の概要を示す構成図。
【図１４】第３の実施の形態におけるマイコン２０のメインルーチンを示すフローチャート。
【図１５】素子内部抵抗検出サブルーチンを示すフローチャート。
【図１６】第３の実施の形態における印加電圧特性線を示すＶ−Ｉ特性図。
【図１７】第４の実施の形態における印加電圧特性線を示すＶ−Ｉ特性図。
【図１８】第５の実施の形態における印加電圧制御ルーチンを示すフローチャート。
【図１９】他の実施の形態における印加電圧特性線を示すＶ−Ｉ特性図。
【図２０】内部抵抗に応じて印加電圧の変更速度を設定する際の両パラメータの関係を示すグラフ。
【図２１】電流変化量に応じて印加電圧の変更速度を設定する際の両パラメータの関係を示すグラフ。
【図２２】ストイキ電圧を基準とする印加電圧値に応じて当該電圧の変更速度を設定する際の両パラメータの関係を示すグラフ。
【図２３】（ａ）は、印加電圧特性線の屈曲点の角度Ｒに応じて印加電圧の変更速度を設定する際の両パラメータの関係を示すグラフ、（ｂ）は印加電圧特性線の屈曲点の角度Ｒを示すＶ−Ｉ特性図。
【図２４】センサ電流値に応じて印加電圧の変更速度を設定する際の両パラメータの関係を示すグラフ。
【図２５】電圧変更量に応じて印加電圧の変更速度を設定する際の両パラメータの関係を示すグラフ。
【図２６】他の実施の形態における印加電圧特性線を示すＶ−Ｉ特性図。
【図２７】Ａ／Ｆセンサの等価電気回路図。
【図２８】従来技術の課題を説明するためのタイムチャート。
【符号の説明】
１０…エンジン、２０…マイコン（マイクロコンピュータ）、２６…エンジン制御用ＥＣＵ、３０…空燃比センサとしての限界電流式Ａ／Ｆセンサ（コップ型Ａ／Ｆセンサ）、４０…バイアス制御回路。
【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】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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