CN104981600B - 内燃机的控制装置 - Google Patents

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Abstract

一种内燃机的控制装置，具备空燃比传感器和根据空燃比传感器的输出来控制内燃机的内燃机控制单元。空燃比传感器被构成为：输出电流变为零时的施加电压根据排气空燃比而变化，并且在排气空燃比为理论空燃比时当使该空燃比传感器的施加电压增大时输出电流随之增大。在由空燃比传感器检测排气的空燃比时，空燃比传感器中的施加电压被固定为恒定电压，该恒定电压是在排气空燃比为理论空燃比时与输出电流变为零时的电压不同的电压，且是在排气空燃比为与理论空燃比不同的空燃比时输出电流变为零时的电压。由此，提供使用了即使在排气的空燃比不为理论空燃比时也能够检测排气的空燃比的绝对值的空燃比传感器的内燃机的控制装置。

Description

内燃机的控制装置
技术领域
本发明涉及根据空燃比传感器的输出来控制内燃机的内燃机的控制装置。
背景技术
一直以来，在内燃机的排气通路中设置空燃比传感器，并基于该空燃比传感器的输出来控制向内燃机供给的燃料量的内燃机的控制装置就广为人知(例如参照专利文献1～6)。
例如，在专利文献1中记载的控制装置中，作为空燃比传感器，使用如下传感器：其具备暴露于在排气通路内流动的排气中的第一电极、暴露于空气中的第二电极、配置在第一电极与第二电极之间的氧化锆等的固体电解质层。在由该空燃比传感器检测排气的空燃比(以下也称为“排气空燃比”)时，在这些电极间施加0.4V的电压的同时，在这些电极间流动的电流作为输出电流被检测出。而且，基于该输出电流算出排气空燃比。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2004-316553号公报
专利文献2:日本特开2005-351096号公报
专利文献3:日本特开2003-329637号公报
专利文献4:日本特开平8-232723号公报
专利文献5:日本特开2009-162139号公报
专利文献6:日本特开2001-234787号公报
专利文献7:日本特开2000-356618号公报
发明内容
可是，如专利文献1所记载的空燃比传感器一般被构成为具有由图2中的实线A所示的输出特性。即，在这样的空燃比传感器中，排气空燃比越大(即越稀)，从空燃比传感器输出的输出电流就越大。而且，这样的空燃比传感器被构成为在排气空燃比为理论空燃比时输出电流变为零。
但是，图2中的斜率、即输出电流增加量相对于排气空燃比增加量的比率(以下称为“输出电流变化率”)，即使经过同样的生产工序也未必相同，即使是同一型式的空燃比传感器，在个体间也会产生偏差。而且，在同一空燃比传感器中，也会由于经年劣化等而导致输出电流变化率变化。其结果，即便使用同一型式的传感器，也会由于所使用的传感器、使用期间等的不同而导致如图2中的虚线B所示那样输出电流变化率变小、或如单点划线C所示那样输出电流变化率变大。
因此，即使使用同一型式的空燃比传感器进行同一空燃比的排气的测量，也会由于所使用的传感器、使用期间等的不同而导致空燃比传感器的输出电流不同。例如，在空燃比传感器具有由实线A所示那样的输出特性的情况下，进行空燃比为af1的排气的测量时的输出电流为I2。但是，在空燃比传感器具有如由虚线B或单点划线C所示那样的输出特性的情况下，进行空燃比为af1的排气的测量时的输出电流分别为I1以及I3，成为与所述的I2不同的输出电流。
因此，这样的空燃比传感器，虽然对于理论空燃比以及相对于理论空燃比为浓以及为稀的情况能够正确地检测，但在排气的空燃比不为理论空燃比时不能够正确地检测其绝对值(即浓程度、稀程度)。
因此，鉴于上述课题，本发明的目的在于提供一种内燃机的控制装置，其使用了即使在排气的空燃比不是理论空燃比时也能够检测排气的空燃比的绝对值的空燃比传感器。
为了解决上述问题，在第1发明中，提供一种内燃机的控制装置，其具备：设置在内燃机的排气通路中的空燃比传感器；和根据该空燃比传感器的输出来控制内燃机的内燃机控制单元，所述空燃比传感器被构成为： 输出电流变为零时的施加电压根据排气空燃比而变化，并且在排气空燃比为理论空燃比时当使该空燃比传感器中的施加电压增大时输出电流随之增大，在利用所述空燃比传感器检测排气的空燃比时，该空燃比传感器中的施加电压被固定为恒定电压，该恒定电压是在排气空燃比为理论空燃比时与输出电流变为零时的电压不同的电压，且是在排气空燃比为与理论空燃比不同的空燃比时输出电流变为零时的电压。
第2发明为，在第1发明中，所述空燃比传感器具备：第一电极，其经由扩散律速层暴露于作为空燃比检测对象的排气中；第二电极，其暴露于基准气氛中；固体电解质层，其配置在所述第一电极与所述第二电极之间；和电压施加装置，其在所述第一电极与所述第二电极之间施加电压，所述施加电压是由电压施加装置施加的电压，所述空燃比传感器被构成为在各排气空燃比下具有：电流增大区域，其是输出电流随着施加电压的增大而增大的电压区域；和电流微增区域，其是通过设置所述扩散律速层，与所述电流增大区域相比，相对于施加电压增加量的输出电流增加量小的电压区域，所述恒定电压是在排气空燃比为理论空燃比时的所述电流微增区域内的电压。
第3发明为，在第1发明中，所述空燃比传感器被构成为在各排气空燃比下具有临界电流区域，该临界电流区域是所述输出电流变为临界电流时的电压区域，所述恒定电压是排气空燃比为理论空燃比时的所述临界电流区域内的电压。
第4发明为，在第1发明中，所述空燃比传感器被构成为在各排气空燃比下具有：比例区域，其是所述施加电压和输出电流的关系为输出电流与施加电压的增大成比例地增大的电压区域；水分解区域，其是通过发生水的分解，输出电流根据施加电压的变化而变化的电压区域；和中间区域，其是所述比例区域和水分解区域之间的电压区域，所述恒定电压是排气空燃比为理论空燃比时的所述中间区域内的电压。
第5发明为，在第1发明中，所述恒定电压被设为在排气空燃比比理论空燃比高1％时输出电流变为零时的电压与在排气空燃比比理论空燃比 低1％时输出电流变为零时的电压之间的电压。
第6发明为，在第1发明中，所述空燃比传感器被构成为：在各排气空燃比下所述施加电压和输出电流的关系为输出电流随着施加电压增大而增大到第一弯曲点，从第一弯曲点开始，输出电流随着施加电压增大而增大到第二弯曲点，从第二弯曲点开始，输出电流随着施加电压增大而增大，并且在第一弯曲点与第二弯曲点之间的电压区域中，与其他电压区域相比，相对于施加电压增加量的输出电流增加量变小，所述恒定电压被设为排气空燃比为理论空燃比时的所述第一弯曲点和第二弯曲点之间的电压。
第7发明为，在第1发明中，所述空燃比传感器具备：第一电极，其经由扩散律速层暴露于作为空燃比检测对象的排气中；第二电极，其暴露于基准气氛中；固体电解质层，其配置在所述第一电极与所述第二电极之间；和电压施加装置，其在所述第一电极与所述第二电极之间施加电压，所述扩散律速层由氧化铝形成，所述施加电压是由电压施加装置施加的电压，所述恒定电压被设为0.1V以上0.9V以下。
第8发明为，在第1～7的任一项发明中，所述空燃比传感器具备：第一电极，其经由扩散律速层暴露于作为空燃比检测对象的排气中；第二电极，其暴露于基准气氛中；固体电解质层，其配置在所述第一电极与所述第二电极之间；电压施加装置，其在所述第一电极与所述第二电极之间施加电压；和电流检测装置，其检测在所述第一电极与所述第二电极之间流动的电流，所述施加电压是由电压施加装置施加的电压，所述输出电流是由所述电流检测装置检测出的电流。
第9发明为，在第1～3、5和7的任一项发明中，所述空燃比传感器具备：被流入作为空燃比检测对象的排气的被测气体室；泵单元，其根据泵电流对该被测气体室内的排气进行氧的导入以及吸出；和所检测出的基准电流根据所述被测气体室内的空燃比而变化的基准单元，所述基准单元具备：第一电极，其直接或经由扩散律速层暴露于所述被测气体室内的排气中；第二电极，其暴露于基准气氛中；和固体电解质层，其配置在所述第一电极与所述第二电极之间，所述空燃比传感器具备：基准电压施加装 置，其在所述基准单元的第一电极和第二电极之间施加电压；基准电流检测装置，其将在所述基准单元的第一电极和第二电极之间流动的电流作为所述基准电流检测出；泵电流控制装置，其控制向泵单元供给的泵电流，使得由所述基准电流检测装置检测出的基准电流变为零；和泵电流检测装置，其检测该泵电流，所述施加电压是由所述基准电压施加装置施加的基准电压，所述输出电流是由所述泵电流检测装置检测出的泵电流。
第10发明为，在第1～9的任一项发明中，所述内燃机控制单元将在所述空燃比传感器的输出电流变为0时的排气空燃比判断为与理论空燃比不同的预先确定的空燃比。
第11发明为，在第1～10的任一项发明中，所述内燃机具备在所述空燃比传感器的排气流动方向上游侧设置于所述排气通路中的能吸藏氧的排气净化催化剂，所述恒定电压被设为在排气空燃比为比理论空燃比浓的规定的浓判定空燃比时所述输出电流变为零时的电压。
第12发明为，在第11发明中，所述内燃机控制单元能够控制向所述排气净化催化剂流入的排气的空燃比，在所述空燃比传感器的输出电流变为零以下时，使向所述排气净化催化剂流入的排气的目标空燃比比理论空燃比稀。
第13发明为，在第12发明中，所述内燃机控制单元具备：氧吸藏量增加单元，其在所述空燃比传感器的输出电流变为零以下时，使向所述排气净化催化剂流入的排气的目标空燃比连续或断续地比理论空燃比稀，直到所述排气净化催化剂的氧吸藏量变为比最大氧吸藏量少的规定的吸藏量为止；和氧吸藏量减少单元，其在所述排气净化催化剂的氧吸藏量变为所述规定的吸藏量以上时，使所述目标空燃比连续或断续地比理论空燃比浓，使得该氧吸藏量并不达到最大氧吸藏量而是朝向零减少。
第14发明为，在第13发明中，利用所述氧吸藏量增加单元连续或断续地控制成比理论空燃比稀的期间的所述目标空燃比的平均值与理论空燃比之差，大于利用所述氧吸藏量减少单元连续或断续地控制成比理论空燃比浓的期间的所述目标空燃比的平均值与理论空燃比之差。
第15发明为，在第13或第14发明中，所述氧吸藏量增加单元使所述目标空燃比连续地维持为比理论空燃比稀。
第16发明为，在第13～15的任一项发明中，所述氧吸藏量减少单元使所述目标空燃比连续地维持为比理论空燃比浓。
第17发明为，在第11～16的任一项发明中，还具备上游侧空燃比传感器，该上游侧空燃比传感器在所述排气净化催化剂的排气流动方向上游侧设置于所述排气通路中，所述内燃机控制单元控制向所述排气净化催化剂流入的排气的空燃比，使得由上游侧空燃比传感器检测出的空燃比变为目标空燃比。
第18发明为，在第17发明中，所述上游侧空燃比传感器被构成为：输出电流变为零时的施加电压根据排气空燃比而变化，并且在排气空燃比为理论空燃比时当使该上游侧空燃比传感器中的施加电压增大时输出电流随之增大，所述上游侧空燃比传感器中的施加电压低于所述空燃比传感器中的施加电压。
第19发明为，在第18发明中，所述上游侧空燃比传感器中的施加电压被设为在排气空燃比为理论空燃比时输出电流变为零时的电压。
第20发明为，在第18或第19发明中，所述上游侧空燃比传感器具备：第一电极，其经由扩散律速层暴露于作为空燃比检测对象的排气中；第二电极，其暴露于基准气氛中；固体电解质层，其配置在所述第一电极与所述第二电极之间；电压施加装置，其在所述第一电极与所述第二电极之间施加电压；和电流检测装置，其检测在所述第一电极与所述第二电极之间流动的电流，所述上游侧空燃比传感器中的施加电压是由所述上游侧空燃比传感器的电压施加装置施加的电压，所述上游侧空燃比传感器的输出电流是由所述上游侧空燃比传感器的电流检测装置检测出的电流。
第21发明为，在第18或第19发明中，所述上游侧空燃比传感器具备：被流入作为空燃比检测对象的排气的被测气体室；泵单元，其根据泵电流对该被测气体室内的排气进行氧的导入以及吸出；和所检测出的基准电流根据所述被测气体室内的空燃比而变化的基准单元，所述上游侧空燃比传 感器的基准单元具备：第一电极，其直接或经由扩散律速层暴露于所述被测气体室内的排气中；第二电极，其暴露于基准气氛中；和固体电解质层，其配置在所述第一电极与所述第二电极之间，所述上游侧空燃比传感器具备：基准电压施加装置，其在所述基准单元的第一电极和第二电极之间施加电压；基准电流检测装置，其将在所述基准单元的第一电极和第二电极之间流动的电流作为所述基准电流检测出；泵电流控制装置，其控制向泵单元供给的泵电流，使得由所述基准电流检测装置检测出的基准电流变为零；和泵电流检测装置，其检测该泵电流，所述上游侧空燃比传感器中的施加电压是由所述上游侧空燃比传感器的基准电压施加装置施加的基准电压，所述上游侧空燃比传感器的输出电流是由所述上游侧空燃比传感器的泵电流检测装置检测出的泵电流。
第22发明为，在第11～21的任一项发明中，所述内燃机还具备在所述空燃比传感器的排气流动方向下游侧设置于所述排气通路内的能吸藏氧的下游侧排气净化催化剂。
根据本发明，提供一种内燃机的控制装置，其使用了即使在排气的空燃比不为理论空燃比时也能够检测排气的空燃比的绝对值的空燃比传感器。
附图说明
图1是概略地示出采用本发明的控制装置的内燃机的图。
图2是表示空燃比传感器的输出特性的图。
图3是空燃比传感器的概略的剖面图。
图4是概略地示出空燃比传感器的工作的图。
图5是表示构成电压施加装置以及电流检测装置的具体电路的一例的图。
图6是表示各排气空燃比下的传感器施加电压和输出电流的关系的图。
图7是表示各传感器施加电压下的排气空燃比和输出电流的关系的 图。
图8是放大地示出图6中用X－X表示的区域的图。
图9是放大地示出图7中用Y表示的区域的图。
图10是表示空燃比传感器的传感器施加电压和输出电流的关系的图。
图11是表示空燃比传感器中的排气空燃比和输出电流的关系的图。
图12是表示传感器施加电压和输出电流的关系的图。
图13是表示排气净化催化剂的氧吸藏量和从排气净化催化剂中流出的排气中的NOx以及未燃气体的浓度的关系。
图14是排气净化催化剂的氧吸藏量等的时间图。
图15是排气净化催化剂的氧吸藏量等的时间图。
图16是控制装置的功能框图。
图17是表示空燃比修正量的计算控制的控制程序的流程图。
图18是排气净化催化剂的氧吸藏量等的时间图。
图19是第二实施方式的空燃比传感器的概略的剖面图。
图20是概略地示出第二实施方式的空燃比传感器的工作的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的内燃机的控制装置详细地说明。再者，在以下的说明中，对同样的构成要素标记相同参照标记。图1是概略地示出采用本发明的第一实施方式涉及的控制装置的内燃机的图。
＜内燃机整体的说明＞
参照图1，1表示内燃机主体，2表示气缸体，3表示在气缸体2内进行往复运动的活塞，4表示固定在气缸体2上的气缸盖，5表示在活塞3与气缸盖4之间形成的燃烧室，6表示吸气阀，7表示吸气口，8表示排气阀，9表示排气口。吸气阀6对吸气口7进行开关，排气阀8对排气口9进行开关。
如图1所示，在气缸盖4的内壁面的中央部配置有火花塞10，在气缸盖4的内壁面周边部配置有燃料喷射阀11。火花塞10被构成为根据点火 信号产生火花。另外，燃料喷射阀11根据喷射信号向燃烧室5内喷射规定量的燃料。再者，燃料喷射阀11也可以被配置为向吸气口7内喷射燃料。另外，在本实施方式中，作为燃料，可使用在排气净化催化剂中的理论空燃比为14.6的汽油。但是，本发明的内燃机也可以使用其他燃料。
各气缸的吸气口7经由各自对应的吸气支管13与缓冲罐(surge tank)14连接，缓冲罐14经由吸气管15与空气滤清器16连接。吸气口7、吸气支管13、缓冲罐14、吸气管15形成吸气通路。另外，在吸气管15内配置有由节流阀驱动致动器17驱动的节流阀18。节流阀18通过利用节流阀驱动致动器17使其转动，能够变更吸气通路的开口面积。
另一方面，各气缸的排气口9与排气歧管19连接。排气歧管19具有与各排气口9连接的多个分支部和集合了这些分支部的集合部。排气歧管19的集合部与内置有上游侧排气净化催化剂20的上游侧壳体21连接。上游侧壳体21经由排气管22与内置有下游侧排气净化催化剂24的下游侧壳体23连接。排气口9、排气歧管19、上游侧壳体21、排气管22以及下游侧壳体23形成排气通路。
电子控制单元(ECU)31包括数字计算机，具备经由双向性总线32相互连接的RAM(随机存取存储器)33、ROM(只读存储器)34、CPU(微处理器)35、输入端口36以及输出端口37。在吸气管15中配置有用于检测在吸气管15内流动的空气流量的空气流量计39，该空气流量计39的输出经由对应的AD转换器38被输入到输入端口36。另外，在排气歧管19的集合部中配置有检测在排气歧管19内流动的排气(即向上游侧排气净化催化剂20流入的排气)的空燃比的上游侧空燃比传感器40。而且，在排气管22内，配置有检测在排气管22内流动的排气(即从上游侧排气净化催化剂20流出并向下游侧排气净化催化剂24流入的排气)的空燃比的下游侧空燃比传感器41。这些空燃比传感器40、41的输出也经由对应的AD转换器38被输入到输入端口36。再者，后面叙述这些空燃比传感器40、41的构成。
另外，产生与加速踏板42的踏下量成比例的输出电压的负荷传感器 43与加速踏板42连接，负荷传感器43的输出电压经由对应的AD转换器38被输入到输入端口36。曲轴转角传感器44，例如曲轴每旋转15°就产生输出脉冲，该输出脉冲被输入到输入端口36。CPU35由该曲轴转角传感器44的输出脉冲计算内燃机转速。另一方面，输出端口37经由对应的驱动电路45与火花塞10、燃料喷射阀11以及节流阀驱动致动器17连接。再者，ECU31作为基于各种传感器等的输出来控制内燃机的内燃机控制单元发挥作用。
＜空燃比传感器的构成＞
接着，参照图3对本实施方式中的空燃比传感器40、41的构成进行说明。图3是空燃比传感器40、41的概略的截面图。从图3可知，本实施方式中的空燃比传感器40、41是由固体电解质层和一对电极构成的单元(cell)为一个的单一单元型的空燃比传感器。
如图3所示，空燃比传感器40、41具备：固体电解质层51；配置在固体电解质层51的一个侧面上的排气侧电极(第一电极)52；配置在固体电解质层51的另一个侧面上的空气侧电极(第二电极)53；对通过的排气进行扩散律速的扩散律速层54；保护扩散律速层54的保护层55；和对空燃比传感器40、41进行加热的加热器部56。
在固体电解质层51的一个侧面上设置有扩散律速层54，在扩散律速层54的与固体电解质层51侧的侧面相反的一侧的侧面上设置有保护层55。在本实施方式中，在固体电解质层51与扩散律速层54之间形成有被测气体室57。作为空燃比传感器40、41的检测对象的气体、即排气经由扩散律速层54被导入到该被测气体室57中。另外，排气侧电极52配置在被测气体室57内，因此，排气侧电极52经由扩散律速层54暴露于排气中。再者，被测气体室57未必需要设置，可以被构成为扩散律速层54直接接触到排气侧电极52的表面上。
在固体电解质层51的另一个侧面上设置有加热器部56。在固体电解质层51与加热器部56之间形成有基准气体室58，基准气体被导入到该基准气体室58内。在本实施方式中，基准气体室58对空气开放，因此空气 作为基准气体被导入到基准气体室58内。空气侧电极53配置在基准气体室58内，因此空气侧电极53暴露于基准气体(基准气氛)中。在本实施方式中，作为基准气体使用了空气，因此空气侧电极53暴露于空气中。
在加热器部56中设置有多个加热器59，能够由这些加热器59控制空燃比传感器40、41的温度、特别是固体电解质层51的温度。加热器部56具有足以加热到将固体电解质层51活化的发热容量。
固体电解质层51由在ZrO2(氧化锆)、HfO2、ThO2、Bi2O3等中作为稳定剂分配了CaO、MgO、Y2O3、Yb2O3等的氧离子传导性氧化物的烧结体形成。另外，扩散律速层54由氧化铝、氧化镁、硅石质、尖晶石、莫来石等耐热性无机物质的多孔质烧结体形成。而且，排气侧电极52以及空气侧电极53由铂等的催化活性高的贵金属形成。
另外，在排气侧电极52与空气侧电极53之间，由搭载于ECU31的电压施加装置60施加传感器施加电压Vr。而且，在ECU31中设置有电流检测装置61，该电流检测装置61对在由电压施加装置60施加了传感器施加电压Vr时经由固体电解质层51在所述电极52、53之间流动的电流进行检测。由该电流检测装置61检测出的电流是空燃比传感器40、41的输出电流。
＜空燃比传感器的工作＞
接着，参照图4对这样构成的空燃比传感器40、41的工作的基本概念进行说明。图4是概略地示出空燃比传感器40、41的工作的图。在使用时，空燃比传感器40、41被配置成保护层55以及扩散律速层54的外周面暴露于排气中。另外，空气被导入到空燃比传感器40、41的基准气体室58中。
如上所述，固体电解质层51由氧离子传导性氧化物的烧结体形成。因此，具有以下性质(氧电池特性)：若在因高温而活化了的状态下在固体电解质层51的两侧面间产生氧浓度之差，则产生要使氧离子从浓度高的侧面侧向浓度低的侧面侧移动的电动势E。
相反地，固体电解质层51还具有以下特性(氧泵特性)：若对两侧面间给予电位差，则要引起氧离子的移动，使得根据该电位差而在固体电解 质层的两侧面间产生氧浓度比。具体地讲，在对两侧面间给予了电位差的情况下会引起氧离子的移动，使得被给予了正极性的侧面上的氧浓度相对于被给予了负极性的侧面上的氧浓度以与电位差相应的比率变高。另外，如图3和图4所示，在空燃比传感器40、41中，对所述电极52、53之间施加了一定的传感器施加电压Vr，使得空气侧电极53成为正极性、排气侧电极52成为负极性。
在空燃比传感器40、41周围的排气空燃比比理论空燃比稀时，固体电解质层51的两侧面间的氧浓度之比并不那么大。因此，如果将传感器施加电压Vr设定为适当的值，则在固体电解质层51的两侧面间，相比于与传感器施加电压Vr对应的氧浓度比，实际的氧浓度比变小。因此，如图4(A)所示那样引起氧离子从排气侧电极52朝向空气侧电极53的移动，使得固体电解质层51的两侧面间的氧浓度比朝向与传感器施加电压Vr对应的氧浓度比变大。其结果，从施加传感器施加电压Vr的电压施加装置60的正极经由空气侧电极53、固体电解质层51、以及排气侧电极52向电压施加装置60的负极流动电流。
此时流动的电流(输出电流)Ir的大小，如果将传感器施加电压Vr设定为适当的值，则与通过扩散从排气中经过扩散律速层54向被测气体室57流入的氧量成比例。因此，通过由电流检测装置61检测该电流Ir的大小，能够得知氧浓度，进而能够得知稀区域中的空燃比。
另一方面，在空燃比传感器40、41周围的排气空燃比比理论空燃比浓时，未燃气体从排气中通过扩散律速层54向被测气体室57内流入，因此即使在排气侧电极52上存在氧，也会与未燃气体反应而被除去。因此，在被测气体室57内氧浓度变得极低，其结果，固体电解质层51的两侧面间的氧浓度之比变大。因此，如果将传感器施加电压Vr设定为适当的值，则在固体电解质层51的两侧面间，相比于与传感器施加电压Vr对应的氧浓度比，实际的氧浓度比变大。因此，如图4(B)所示那样引起氧离子从空气侧电极53向排气侧电极52的移动，使得固体电解质层51的两侧面间的氧浓度比朝向与传感器施加电压Vr对应的氧浓度比变小。其结果，从 空气侧电极53通过施加传感器施加电压Vr的电压施加装置60向排气侧电极52流动电流。
此时流动的电流(输出电流)Ir的大小，如果将传感器施加电压Vr设定为适当的值，则由在固体电解质层51中从空气侧电极53向排气侧电极52移动的氧离子的流量决定。该氧离子与通过扩散从排气中经过扩散律速层54向被测气体室57流入的未燃气体在排气侧电极52上进行反应(燃烧)。因此，氧离子的移动流量与流入到被测气体室57内的排气中的未燃气体的浓度对应。因此，通过由电流检测装置61检测该电流Ir的大小，能够得知未燃气体浓度，进而能够得知浓区域中的空燃比。
另外，在空燃比传感器40、41周围的排气空燃比为理论空燃比时，向被测气体室57流入的氧和未燃气体的量达到化学当量比。因而，通过排气侧电极52的催化作用，两者完全燃烧，被测气体室57内的氧和未燃气体的浓度未发生变动。其结果，固体电解质层51的两侧面间的氧浓度比没有变动而按与传感器施加电压Vr对应的氧浓度比被维持。因而，如图4(C)所示，没有发生由氧泵特性引起的氧离子的移动，其结果没有产生在电路中流动的电流。
＜电压施加装置以及电流检测装置的电路＞
图5表示构成电压施加装置60以及电流检测装置61的具体的电路的一例。在图示的例子中，将因氧电池特性而产生的电动势表示为E，将固体电解质层51的内阻表示为Ri，将两电极52、53间的电位差表示为Vs。
从图5可知，电压施加装置60进行着负反馈控制，使得因氧电池特性而产生的电动势E基本上与传感器施加电压Vr一致。换言之，电压施加装置60进行着负反馈控制，使得在两电极52、53间的电位差Vs根据固体电解质层51的两侧面间的氧浓度比的变化而变化时该电位差Vs也变为传感器施加电压Vr。
因此，在排气空燃比变为理论空燃比、固体电解质层51的两侧面间没有发生氧浓度比的变化的情况下，固体电解质层51的两侧面间的氧浓度比变为与传感器施加电压Vr对应的氧浓度比。在该情况下，电动势E与传 感器施加电压Vr一致，两电极52、53间的电位差Vs也变为传感器施加电压Vr，其结果没有流动电流Ir。
另一方面，在排气空燃比变为与理论空燃比不同的空燃比、固体电解质层51的两侧面间产生氧浓度比的变化的情况下，固体电解质层51的两侧面间的氧浓度比没有变为与传感器施加电压Vr对应的氧浓度比。在该情况下，电动势E变为与传感器施加电压Vr不同的值。因此，为了在固体电解质层51的两侧面间使氧离子移动，对两电极52、53间给予电位差Vs，以使得通过负反馈控制，电动势E与传感器施加电压Vr一致。而且，随着此时的氧离子的移动而流动电流Ir。其结果，电动势E收敛于传感器施加电压Vr，电动势E一收敛于传感器施加电压Vr，不久电位差Vs也收敛于传感器施加电压Vr。
因此，可以说电压施加装置60实质上对两电极52、53间施加了传感器施加电压Vr。再者，电压施加装置60的电路未必需要是如图5所示那样的电路，只要能够对两电极52、53间实质地施加传感器施加电压Vr，则可以是任何方式的装置。
另外，电流检测装置61不是实际地检测出电流，而是检测电压出E0，从该电压E0算出了电流。在此，E0可如下述式(1)那样表示。
E0＝Vr+V0+IrR…(1)
在此，V0为偏移电压(offset voltage)(是预先施加使得E0不变为负值的电压，例如3V)，R为图5所示的电阻的值。
在式(1)中，传感器施加电压Vr、偏移电压V0以及电阻值R为恒定，因此电压E0根据电流Ir而变化。因而，如果检测出电压E0，则能够从该电压E0算出电流Ir。
因此，可以说电流检测装置61实质上检测了在两电极52、53间流动的电流Ir。再者，电流检测装置61的电路未必需要是图5所示那样的电路，只要能够检测在两电极52、53间流动的电流Ir，则可以是任何方式的装置。
＜空燃比传感器的输出特性＞
如上述那样构成且工作的空燃比传感器40、41，具有如图6所示那样 的电压-电流(V-I)特性。从图6可知，在传感器施加电压Vr为0以下以及0附近的区域，在排气空燃比为恒定的情况下，若将传感器施加电压Vr从负值逐渐地增加下去，则输出电流Ir随之增加下去。
即，在该电压区域，传感器施加电压Vr较低，因此能够经由固体电解质层51而移动的氧离子的流量少。因此，与经由扩散律速层54的排气的流入速度相比，能够经由固体电解质层51而移动的氧离子的流量变少，因此，输出电流Ir根据能够经由固体电解质层51而移动的氧离子的流量而变化。由于能够经由固体电解质层51而移动的氧离子的流量根据传感器施加电压Vr而变化，因此在结果上输出电流随着传感器施加电压Vr的增加而增加。再者，这样地输出电流Ir与传感器施加电压Vr成比例地变化的电压区域被称为比例区域。另外，在传感器施加电压Vr为0时输出电流Ir取得负值是因为，因氧电池特性而产生与固体电解质层51的两侧面间的氧浓度比相应的电动势E。
其后，若在将排气空燃比设为恒定的状态下将传感器施加电压Vr逐渐地增加下去，则与其相对的输出电流的增加的比例逐渐变小，最终变为大致饱和状态。其结果，即使增加传感器施加电压Vr，输出电流也几乎不变化。该大致饱和的电流被称为临界电流，以下将发生该临界电流的电压区域称为临界电流区域。
即，在该临界电流区域，传感器施加电压Vr某种程度地高，因此能够经由固体电解质层51而移动的氧离子的流量多。因而，与经由扩散律速层54的排气的流入速度相比，能够经由固体电解质层51而移动的氧离子的流量变多。因此，输出电流Ir根据经由扩散律速层54向被测气体室57流入的排气中的氧浓度和/或未燃气体浓度而变化。即使将排气空燃比设为恒定并使传感器施加电压Vr变化，基本上经由扩散律速层54向被测气体室57流入的排气中的氧浓度和/或未燃气体浓度也不变化，因此输出电压Ir不变化。
但是，如果排气空燃比不同，则经由扩散律速层54向被测气体室57流入的排气中的氧浓度和/或未燃气体浓度也不同，因此输出电流Ir根据 排气空燃比而变化。从图6可知，在稀空燃比和浓空燃比下，临界电流的流动方向相反，在为稀空燃比时，空燃比越大，临界电流的绝对值越大，在为浓空燃比时，空燃比越小，临界电流的绝对值越大。
其后，若在将排气空燃比设为恒定的状态下将传感器施加电压Vr进一步增加下去，则输出电流Ir随之再次开始增加。若这样地施加高的传感器施加电压Vr，则在排气侧电极52上发生排气中所含的水分的分解，随之流动电流。另外，若将传感器施加电压Vr进一步增加下去，则只靠水的分解不能维持电流，此次发生固体电解质层51的分解。以下，将这样发生水和/或固体电解质层51的分解的电压区域称为水分解区域。
图7是表示各传感器施加电压Vr下的排气空燃比与输出电流Ir的关系的图。从图7可知，如果传感器施加电压Vr为0.1V到0.9V左右，则至少在理论空燃比的附近，输出电流Ir根据排气空燃比而变化。另外，从图7可知，如果传感器施加电压Vr为0.1V到0.9V左右，则在理论空燃比的附近，排气空燃比与输出电流Ir的关系，与传感器施加电压Vr无关地大致相同。
另一方面，从图7可知，若排气空燃比变低到某个恒定的排气空燃比以下，则即使排气空燃比发生变化，输出电流Ir也几乎不变化。该恒定的排气空燃比，根据传感器施加电压Vr而变化，传感器施加电压Vr越高，其越高。因而，若使传感器施加电压Vr增大到某个特定的值以上，则如图中由单点划线所示那样，不论排气空燃比是怎样的值，输出电流Ir都不变为0。
另一方面，若排气空燃比变高到某个恒定的排气空燃比以上，则即使排气空燃比变化，输出电流Ir也几乎不变化。该恒定的排气空燃比，也根据传感器施加电压Vr而变化，传感器施加电压Vr越低，其越低。因而，若使传感器施加电压Vr降低到某个特定的值以下，则如图中由双点划线所示那样，不论排气空燃比是怎样的值，输出电流Ir都不变为0(例如在将传感器施加电压Vr设为0V的情况下，与排气空燃比无关，输出电流Ir不变为0)。
＜理论空燃比附近的微观特性＞
但是，本发明人等进行了潜心研究后发现了如下情况：若宏观地观察传感器施加电压Vr与输出电流Ir的关系(图6)、排气空燃比与输出电流Ir的关系(图7)，则存在如上述那样的倾向，但若在理论空燃比附近微观地观察这些关系，则存在与其不同的倾向。以下对此进行说明。
图8是针对图6的电压-电流线图放大地示出输出电流Ir为0附近的区域(在图6中用X-X表示的区域)的图。从图8可知，在临界电流区域中，若将排气空燃比设为恒定，则随着传感器施加电压Vr增大，输出电流Ir也极少量地增大。例如，以排气空燃比为理论空燃比(14.6)的情况为例来观察，在传感器施加电压Vr为0.45V左右时，输出电流Ir变为0。与此相对，若使传感器施加电压Vr相比于0.45V某种程度地低(例如0.2V)，则输出电流变为低于0的值。另一方面，若使传感器施加电压Vr相比于0.45V某种程度地高(例如0.7V)，则输出电流变为高于0的值。
图9是针对图7的空燃比-电流线图，放大地示出排气空燃比为理论空燃比附近且输出电流Ir为0附近的区域(在图7中用Y表示的区域)的图。从图9可知，在理论空燃比附近的区域中，相对于同一排气空燃比的输出电流Ir在每个传感器施加电压Vr下稍有不同。例如，在图示的例子中，在排气空燃比为理论空燃比的情况下，在将传感器施加电压Vr设为0.45V时，输出电流Ir变为0。而且，若使传感器施加电压Vr大于0.45V，则输出电流Ir也变得大于0，若使传感器施加电压Vr小于0.45V，则输出电流Ir也变得小于0。
而且，从图9可知，在每个传感器施加电压Vr下，输出电流Ir变为0时的排气空燃比(以下称为“电流为零时的排气空燃比”)不同。在图示的例子中，在传感器施加电压Vr为0.45V的情况下，在排气空燃比为理论空燃比时输出电流Ir变为0。与此相对，在传感器施加电压Vr大于0.45V的情况下，在排气空燃比比理论空燃比浓时输出电流Ir变为0，传感器施加电压Vr越大，电流为零时的排气空燃比越小。相反地，在传感器施加电压Vr小于0.45V的情况下，在排气空燃比比理论空燃比稀时输出电流Ir变为0，传感器施加电压Vr越小，电流为零时的排气空燃比越大。即，通过使传感器施加电压Vr变化，能够使电流为零时的排气空燃比变化。
在此，如使用图2说明的那样，就输出电流变化率而言，在空燃比传感器的个体间产生偏差，或者即使在同一空燃比传感器中也由于经年劣化等而产生偏差。但是，从图2可知，即便产生这样的偏差，电流为零时的排气空燃比(在图2的例子中为理论空燃比)也几乎不变化。即，在输出电流Ir取零以外的值时，难以正确地检测排气空燃比的绝对值，而在输出电流Ir变为零时，能够正确地检测排气空燃比的绝对值(在图2的例子中为理论空燃比)。
而且，如使用图9说明的那样，在空燃比传感器40、41中，通过使传感器施加电压Vr变化，能够使电流为零时的排气空燃比变化。即，如果适当地设定传感器施加电压Vr，则能够正确地检测理论空燃比以外的排气空燃比的绝对值。特别是，在使传感器施加电压Vr在后述的“特定电压区域”内变化的情况下，能够将电流为零时的排气空燃比相对于理论空燃比(14.6)仅少许地(例如±1％的范围(约14.45～约14.75)内)调整。因此，通过适当地设定传感器施加电压Vr，能够正确地检测与理论空燃比稍有不同的空燃比的绝对值。
＜特定电压区域的说明＞
但是，如上所述，通过使传感器施加电压Vr变化，能够使电流为零时的排气空燃比变化。但是，若使传感器施加电压Vr大于某个上限电压或小于某个下限电压，则相对于传感器施加电压Vr变化量的电流为零时的排气空燃比的变化量变大。因此，在这样的电压区域中，若传感器施加电压Vr稍微地偏移，则电流为零时的排气空燃比较大地变化。因此，在这样的电压区域中，为了正确地检测排气空燃比的绝对值，需要精密地控制传感器施加电压Vr，不怎么实用。因而，从正确地检测排气空燃比的绝对值的观点来看，传感器施加电压Vr需要设为某个上限电压与某个下限电压之间的“特定电压区域”内的值。
这样的特定电压区域能够采用各种方法来定义。以下，使用图10～图12对几个定义的例子进行说明。
首先，对第一个例子进行说明。如图10(A)的电压-电流线图所示，空燃比传感器40、41在各排气空燃比下具有：电流增大区域，其是输出电流Ir随着传感器施加电压Vr的增大而增大的电压区域；和电流微增区域，其是通过设置有扩散律速层，与所述电流增大区域相比，相对于传感器施加电压Vr增加量的输出电流Ir增加量变小的电压区域(在图10(A)中仅针对排气空燃比为理论空燃比时示出了电流增大区域以及电流微增区域)。在第一个例子中，排气空燃比为理论空燃比时的电流微增区域被作为“特定电压区域”。
接着，对第二个例子进行说明。如图10(B)的电压-电流线图所示，空燃比传感器40、41在各排气空燃比下具有临界电流区域，该临界电流区域是输出电流Ir变为临界电流时的电压区域(在图10(B)中仅针对排气空燃比为理论空燃比时示出了临界电流区域)。在第二个例子中，排气空燃比为理论空燃比时的临界电流区域被作为“特定电压区域”。
接着，对第三个例子进行说明。如图10(C)的电压-电流线图所示，空燃比传感器40、41在各排气空燃比下具有：比例区域，其是输出电流与施加电压的增大成比例地增大的电压区域；水分解区域，其是通过发生水和/或固体电解质层51的分解，输出电流根据施加电压的变化而变化的电压区域；中间区域，其是所述比例区域与水分解区域之间的电压区域(在图10(C)中仅针对排气空燃比为理论空燃比时示出了比例区域、水分解区域以及中间区域)。在第三个例子中，排气空燃比为理论空燃比时的中间区域被作为“特定电压区域”。
接着，对第四个例子进行说明。如图9所示，电流为零时的排气空燃比根据传感器施加电压Vr而变化，传感器施加电压Vr越高，电流为零时的排气空燃比越低。如图11所示，在本实施方式的空燃比传感器40、41中，在将传感器施加电压Vr设为上限电压值时，电流为零时的排气空燃比变为比理论空燃比AFst低例如0.5～2％左右(优选1％左右)的空燃比。另一方面，在将传感器施加电压Vr设为下限电压值时，电流为零时的排气空燃比变为比理论空燃比AFst高例如0.5～2％左右(优选1％左右)的空燃比。在第四个例子中，所述上限电压值(电流为零时的排气空燃比变为比理论空燃比AFst低例如1％的空燃比时的电压值)与所述下限电压值(电流为零时的排气空燃比变为比理论空燃比AFst高例如1％的空燃比时的电压值)之间的电压区域被作为“特定电压区域”。
接着，参照图12对第五个例子进行说明。图12示出了电流相对于电压的变化。如图12所示，在本实施方式的空燃比传感器40、41中，在各排气空燃比下，从为负的状态开始，输出电流Ir随着传感器施加电压Vr增大而增大到第一弯曲点B1，从第一弯曲点B1开始，输出电流Ir随着传感器施加电压Vr增大而增大到第二弯曲点B2，从第二弯曲点开始，输出电流Ir随着传感器施加电压Vr增大而增大。在第一弯曲点B1与第二弯曲点B2之间的电压区域中，与其他电压区域相比，相对于传感器施加电压Vr增加量的输出电流Ir增加量较小。在第五个例子中，排气空燃比为理论空燃比时的所述第一弯曲点和第二弯曲点之间的电压区域被作为“特定电压区域”。
接着，对第六个例子进行说明。在第六个例子中，“特定电压区域”的上限电压值和下限电压值用具体的数值确定。具体地讲，“特定电压区域”被设为0.05V以上、0.95V以下，优选为0.1V以上、0.9V以下，更优选为0.15V以上、0.8V以下。
再者，如使用图7说明的那样，若使传感器施加电压Vr增大到某个特定值(最大电压)以上，则如图中由单点划线所示那样，不论排气空燃比为怎样的值，输出电流Ir都不会变为0。另一方面，若使传感器施加电压Vr下降到某个特定值(最小电压)以下，则如图中由双点划线所示那样，不论排气空燃比为怎样的值，输出电流Ir都不会变为0。
因此，如果传感器施加电压Vr为最大电压与最小电压之间的电压，则存在输出电流变为零时的排气空燃比。相反地，如果传感器施加电压Vr为高于最大电压的电压或低于最小电压的电压，则不存在输出电流变为零时的排气空燃比。因此，传感器施加电压Vr至少需要为在排气空燃比为任一个空燃比时输出电流变为零时的电压，即为最大电压与最小电压之间的电压。所述的“特定电压区域”是最大电压与最小电压之间的电压区域。
＜各空燃比传感器中的施加电压＞
在本实施方式中，鉴于上述的微观特性，在由上游侧空燃比传感器40检测排气的空燃比时，上游侧空燃比传感器40中的传感器施加电压Vrup被固定为在排气空燃比为理论空燃比(在本实施方式中为14.6)时输出电流变零时的恒定电压(例如0.45V)。换言之，在上游侧空燃比传感器40中，设定传感器施加电压Vrup，使得电流为零时的排气空燃比变为理论空燃比。
另一方面，在由下游侧空燃比传感器41检测排气的空燃比时，下游侧空燃比传感器41中的传感器施加电压Vr被设为在排气空燃比为比理论空燃比稍浓的预先确定的规定空燃比(例如14.55。以下称为“浓判定空燃比”)时输出电流变为零时的恒定电压(例如0.7V)。换言之，在下游侧空燃比传感器41中，设定传感器施加电压Vrdwn，使得电流为零时的排气空燃比变为比理论空燃比稍浓的浓判定空燃比。这样，在本实施方式中，下游侧空燃比传感器41中的传感器施加电压Vrdwn被设为比上游侧空燃比传感器40中的传感器施加电压Vrup高的电压。
因此，与两空燃比传感器40、41连接的ECU31，将在上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup变为零时的上游侧空燃比传感器40周围的排气空燃比判断为理论空燃比。另一方面，ECU31将在下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn变为零时的下游侧空燃比传感器41周围的排气空燃比判断为浓判定空燃比、即与理论空燃比不同的预先确定的空燃比。
再者，所谓由空燃比传感器检测排气的空燃比时，可列举出例如未执行后述的燃料切断控制时、由空燃比传感器检测到的空燃比未达到18以上的较高的值时等。
＜排气净化催化剂的说明＞
接着，对本实施方式中使用的排气净化催化剂20、24进行说明。上游 侧排气净化催化剂20以及下游侧排气净化催化剂24都具有同样的构成。以下，仅对上游侧排气净化催化剂20进行说明，但下游侧排气净化催化剂24也具有同样的构成以及作用。
上游侧排气净化催化剂20，是具有氧吸藏能力的三元催化剂。具体地讲，上游侧排气净化催化剂20是在由陶瓷构成的载体上担载了具有催化作用的贵金属(例如铂(Pt))以及具有氧吸藏能力的物质(例如氧化铈(CeO2))的催化剂。上游侧排气净化催化剂20在达到规定的活性温度时发挥同时净化未燃气体(HC、CO等)和氮氧化物(NOx)的催化作用，而且还发挥氧吸藏能力。
利用上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏能力，上游侧排气净化催化剂20在向上游侧排气净化催化剂20流入的排气的空燃比比理论空燃比稀(为稀空燃比)时吸藏排气中的氧。另一方面，上游侧排气净化催化剂20在流入的排气的空燃比比理论空燃比浓(为浓空燃比)时释放被上游侧排气净化催化剂20吸藏的氧。再者，“排气的空燃比”意指在生成该排气之前所供给的燃料的质量相对于空气的质量的比率，通常意指在生成该排气时向燃烧室5内供给的燃料的质量相对于空气的质量的比率。
上游侧排气净化催化剂20通过具有催化作用以及氧吸藏能力，根据氧吸藏量而具有对NOx以及未燃气体的净化作用。图13示出上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量与从上游侧排气净化催化剂20流出的排气中的NOx以及未燃气体(HC、CO等)的浓度的关系。图13(A)表示向上游侧排气净化催化剂20流入的排气的空燃比为稀空燃比时的、氧吸藏量与从上游侧排气净化催化剂20流出的排气中的NOx浓度的关系。另一方面，图13(B)表示向上游侧排气净化催化剂20流入的排气的空燃比为浓空燃比时的、氧吸藏量与从上游侧排气净化催化剂20流出的排气中的未燃气体的浓度的关系。
从图13(A)可知，在上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量少时，直到最大氧吸藏量为止很有富余。因而，即使向上游侧排气净化催化剂20流入的排气的空燃比为稀空燃比(即，该排气包含NOx以及氧)，排气中 的氧也被排气净化催化剂吸藏，与之相伴，NOx也被还原净化。其结果，在从上游侧排气净化催化剂20流出的排气中几乎不含NOx。
但是，若上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量变多，则在向上游侧排气净化催化剂20流入的排气的空燃比为稀空燃比的情况下，在上游侧排气净化催化剂20中变得难以吸藏排气中的氧，与之相伴，排气中的NOx也难以被还原净化。因而，从图13(A)可知，若氧吸藏量超过某个上限吸藏量Cuplim而增大，则从上游侧排气净化催化剂20流出的排气中的NOx浓度急剧上升。
另一方面，在上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量多时，若向上游侧排气净化催化剂20流入的排气的空燃比为浓空燃比(即，该排气包含HC、CO等未燃气体)，则释放被上游侧排气净化催化剂20吸藏的氧。因而，向上游侧排气净化催化剂20流入的排气中的未燃气体被氧化净化。其结果，从图13(B)可知，从上游侧排气净化催化剂20流出的排气中几乎不含未燃气体。
但是，若上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量变少，则在向上游侧排气净化催化剂20流入的排气的空燃比为浓空燃比的情况下，从上游侧排气净化催化剂20释放的氧变少，与之相伴，向上游侧排气净化催化剂20流入的排气中的未燃气体也难以被氧化净化。因而，从图13(B)可知，氧吸藏量越过某个下限吸藏量Clowlim而减少时，从上游侧排气净化催化剂20流出的排气中的未燃气体的浓度急剧上升。
这样，在本实施方式中使用的排气净化催化剂20、24，针对排气中的NOx以及未燃气体的净化特性根据向排气净化催化剂20、24流入的排气的空燃比以及氧吸藏量而变化。再者，如果具有催化作用以及氧吸藏能力，则排气净化催化剂20、24可以是与三元催化剂不同的催化剂。
＜空燃比控制的概要＞
接着，说明本发明的内燃机的控制装置中的空燃比控制的概要。在本实施方式中，基于上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup进行反馈控制，使得上游侧空燃比传感器40的输出电流(即，向上游侧排气净化催化剂 20流入的排气的空燃比)Irup变为与目标空燃比相应的值。
向上游侧排气净化催化剂20流入的排气的目标空燃比，基于下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn来设定。具体地讲，在下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn变为零以下时，目标空燃比被设为稀设定空燃比，并维持在该空燃比。所谓输出电流Irdwn变为零以下时，意指从上游侧排气净化催化剂20流出的排气的空燃比变为比理论空燃比稍浓的预先确定的浓判定空燃比(例如14.55)以下。另外，稀设定空燃比是比理论空燃比稀某种程度的预先确定的空燃比，例如设为14.65～20，优选为14.68～18，更优选为14.7～16左右。
若目标空燃比变更为稀设定空燃比，则可推定上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSAsc。氧吸藏量OSAsc的推定基于上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup以及由空气流量计39等算出的向燃烧室5内的吸入空气量的推定值或从燃料喷射阀11喷出的燃料喷射量等来进行。而且，若氧吸藏量OSAsc的推定值变为预先确定的判定基准吸藏量Cref以上，则至此为稀设定空燃比的目标空燃比被设定为弱浓设定空燃比，并维持在该空燃比。弱浓设定空燃比是比理论空燃比稍浓的预先确定的空燃比，例如设为13.5～14.58，优选为14～14.57，更优选为14.3～14.55左右。其后，在下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn再次变为零以下时，目标空燃比再次被设定为稀设定空燃比，其后反复进行同样的操作。
这样，在本实施方式中，向上游侧排气净化催化剂20流入的排气的目标空燃比被交替地设定为稀设定空燃比和弱浓设定空燃比。特别是，在本实施方式中，稀设定空燃比与理论空燃比之间的差，大于弱浓设定空燃比与理论空燃比之间的差。因此，在本实施方式中，目标空燃比会被交替地设定为短期间的稀设定空燃比和长期间的弱浓设定空燃比。
＜使用时间图的控制的说明＞
参照图14，对如上述那样的操作具体说明。图14是在进行了本发明的内燃机的控制装置中的空燃比控制的情况下的、上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSAsc、下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn、空燃 比修正量AFC、上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup、以及从上游侧排气净化催化剂20流出的排气中的NOx浓度的时间图。
再者，如上述那样，上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup，在向上游侧排气净化催化剂20流入的排气的空燃比为理论空燃比时变为零，在该排气的空燃比为浓空燃比时变为负值，在该排气的空燃比为稀空燃比时变为正值。另外，在向上游侧排气净化催化剂20流入的排气的空燃比为浓空燃比或稀空燃比时，与理论空燃比的差越大，则上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup的绝对值越大。
另一方面，下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn，在从上游侧排气净化催化剂20流出的排气的空燃比为浓判定空燃比(比理论空燃比稍浓)时变为零，在该排气的空燃比比浓判定空燃比浓时变为负值，在该排气的空燃比比浓判定空燃比稀时变为正值。另外，在从上游侧排气净化催化剂20流出的排气的空燃比比浓判定空燃比浓或稀时，与浓判定空燃比之间的差越大，则下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn的绝对值越大。
另外，空燃比修正量AFC是关于目标空燃比的修正量。在空燃比修正量AFC为0时，目标空燃比被设为理论空燃比，在空燃比修正量AFC为正值时，目标空燃比变为稀空燃比，在空燃比修正量AFC为负值时，目标空燃比变为浓空燃比。
在图示的例子中，在时刻t1以前的状态中，空燃比修正量AFC被设为弱浓设定修正量AFCrich。弱浓设定修正量AFCrich是与弱浓设定空燃比相应的值，为小于0的值。因此，目标空燃比被设为浓空燃比，上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup随之变为负值。由于在向上游侧排气净化催化剂20流入的排气中包含未燃气体，因此上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSAsc逐渐地减少下去。但是，排气中所包含的未燃气体被上游侧排气净化催化剂20净化，从上游侧排气净化催化剂20流出的排气的空燃比大致变为理论空燃比。因而，下游侧空燃比传感器的输出电流Irdwn变为正值(与理论空燃比相应)。此时，向上游侧排气净化催化剂20流入的排气的空燃比变为浓空燃比，因此能够抑制从上游侧排气净化催化剂20排出的NOx排出量。
若上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSAsc逐渐减少，则氧吸藏量OSAsc在时刻t1下越过下限吸藏量(参照图13的Clowlim)而减少。若氧吸藏量OSAsc比下限吸藏量减少，则流入到上游侧排气净化催化剂20中的未燃气体的一部分没有被上游侧排气净化催化剂20净化而流出。因而，时刻t1以后，随着上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSAsc减少，下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn逐渐降低。此时，向上游侧排气净化催化剂20流入的排气的空燃比也变为浓空燃比，因此能够抑制从上游侧排气净化催化剂20排出的NOx排出量。
其后，在时刻t2下，下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn达到与浓判定空燃比相应的零。在本实施方式中，若下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn变为零，则为了抑制上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSAsc的减少，将空燃比修正量AFC切换为稀设定修正量AFClean。稀设定修正量AFClean是与稀设定空燃比相应的值，为大于0的值。因此，目标空燃比被设为稀空燃比。
再者，在本实施方式中，下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn达到零后，即从上游侧排气净化催化剂20流出的排气的空燃比达到浓判定空燃比后，进行了空燃比修正量AFC的切换。这是因为，即使上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量充分，从上游侧排气净化催化剂20流出的排气的空燃比也有时极少量地偏离理论空燃比。即，当假使在输出电流Irdwn稍微偏离与理论空燃比相应的值的情况下也判断为氧吸藏量越过下限吸藏量而减少时，有下述可能性：即使实际上具有充分的氧吸藏量，也判断为氧吸藏量越过下限吸藏量而减少了。因此，在本实施方式中，从上游侧排气净化催化剂20流出的排气的空燃比达到浓判定空燃比才判断为氧吸藏量越过下限吸藏量而减少。反过来说，浓判定空燃比被设为在上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量充分时从上游侧排气净化催化剂20流出的排气的空燃比几乎不会达到的空燃比。
在时刻t2下，即使将目标空燃比切换为稀空燃比，向上游侧排气净化 催化剂20流入的排气的空燃比也不会立刻变为稀空燃比，产生某种程度的延迟。其结果，向上游侧排气净化催化剂20流入的排气的空燃比在时刻t3下从浓空燃比变化为稀空燃比。再者，在时刻t2～t3中，从上游侧排气净化催化剂20流出的排气的空燃比变为浓空燃比，因此在该排气中包含未燃气体。但是，从上游侧排气净化催化剂20排出的NOx排出量被抑制。
在时刻t3下，若向上游侧排气净化催化剂20流入的排气的空燃比变化为稀空燃比，则上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSAsc增大。另外，与之相伴，从上游侧排气净化催化剂20流出的排气的空燃比变化为理论空燃比，下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn也收敛于与理论空燃比相应的正值。此时，向上游侧排气净化催化剂20流入的排气的空燃比变为稀空燃比，但由于上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏能力具有充分的余裕，因此流入的排气中的氧被上游侧排气净化催化剂20吸藏，NOx被还原净化。因而，从上游侧排气净化催化剂20排出的NOx排出量被抑制。
其后，若上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSAsc增大，则在时刻t4下氧吸藏量OSAsc达到判定基准吸藏量Cref。在本实施方式中，若氧吸藏量OSAsc变为判定基准吸藏量Cref，则为了中止向上游侧排气净化催化剂20中吸藏氧，将空燃比修正量AFC切换为弱浓设定修正量AFCrich(小于0的值)。因此，目标空燃比被设为浓空燃比。
但是，如上述那样，在切换目标空燃比后向上游侧排气净化催化剂20流入的排气的空燃比实际变化之前产生了延迟。因而，即使在时刻t4进行切换，向上游侧排气净化催化剂20流入的排气的空燃比也在经过某种程度的时间的时刻t5下从稀空燃比变化为浓空燃比。在时刻t4～t5，向上游侧排气净化催化剂20流入的排气的空燃比为稀空燃比，因此，上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSAsc增大下去。
但是，判定基准吸藏量Cref被设定得比最大氧吸藏量Cmax、上限吸藏量(参照图13的Cuplim)充分低，因此在时刻t5下氧吸藏量OSAsc也未达到最大氧吸藏量Cmax、上限吸藏量。反过来说，判定基准吸藏量Cref被设为充分少的量，使得：即使切换目标空燃比后直到向上游侧排气净化 催化剂20流入的排气的空燃比实际变化为止产生延迟，氧吸藏量OSAsc也没有达到最大氧吸藏量Cmax、上限吸藏量。例如，判定基准吸藏量Cref被设为最大氧吸藏量Cmax的3/4以下，优选为最大氧吸藏量Cmax的1/2以下，更优选为最大氧吸藏量Cmax的1/5以下。因此，在时刻t4～t5下也能够抑制从上游侧排气净化催化剂20排出的NOx排出量。
在时刻t5以后，空燃比修正量AFC被设为弱浓设定修正量AFCrich。因此，目标空燃比被设为浓空燃比，与之相伴，上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup变为负值。由于在向上游侧排气净化催化剂20流入的排气中包含未燃气体，因此上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSAsc逐渐减少下去，在时刻t6下，与时刻t1同样地，氧吸藏量OSAsc越过下限吸藏量而减少。此时，向上游侧排气净化催化剂20流入的排气的空燃比也变为浓空燃比，因此能够抑制从上游侧排气净化催化剂20排出的NOx排出量。
接着，在时刻t7下，与时刻t2同样地，下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn达到与浓判定空燃比相应的零。由此，空燃比修正量AFC被切换为与稀设定空燃比相应的值AFClean。其后，反复进行上述的时刻t1～t6的周期。
再者，这样的空燃比修正量AFC的控制由ECU31进行。因此可以说，ECU31具备：氧吸藏量增加单元，其在由下游侧空燃比传感器41检测出的排气的空燃比变为浓判定空燃比以下时，使向上游侧排气净化催化剂20流入的排气的目标空燃比连续地为稀设定空燃比，直到上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSAsc变为判定基准吸藏量Cref为止；和氧吸藏量减少单元，其在上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSAsc变为判定基准吸藏量Cref以上时，使目标空燃比连续地为弱浓设定空燃比，以使得氧吸藏量OSAsc并不达到最大氧吸藏量Cmax而是朝向零减少。
从以上的说明可知，根据上述实施方式，能够总是抑制从上游侧排气净化催化剂20排出的NOx排出量。即，只要进行了上述的控制，就能够基本上使从上游侧排气净化催化剂20排出的NOx排出量为较少的量。
另外，一般地在基于上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup以及吸入空气量的推定值等推定了氧吸藏量OSAsc的情况下有产生误差的可能性。在本实施方式中，由于遍及时刻t3～t4推定了氧吸藏量OSAsc，因此在氧吸藏量OSAsc的推定值中包含少许的误差。但是，即使包含这样的误差，只要将判定基准吸藏量Cref设定得比最大氧吸藏量Cmax、上限吸藏量充分低，则实际的氧吸藏量OSAsc几乎不会达到最大氧吸藏量Cmax、上限吸藏量。因此，从这样的观点来看，能够抑制从上游侧排气净化催化剂20排出的NOx排出量。
另外，若排气净化催化剂的氧吸藏量被维持为恒定，则该排气净化催化剂的氧吸藏能力下降。与此相对，根据本实施方式，由于氧吸藏量OSAsc总是上下变动，因此能够抑制氧吸藏能力下降。
进而，在本实施方式中，如上述那样，能够利用下游侧空燃比传感器41正确地检测浓判定空燃比的绝对值。如使用图2说明的那样，在以往的空燃比传感器中，难以针对理论空燃比以外的空燃比正确地检测其绝对值。因而，当在以往的空燃比传感器中其输出电流由于经年劣化、个体差异等而产生误差时，即使是排气的实际的空燃比与浓判定空燃比不同的情况，空燃比传感器的输出电流也变为与浓判定空燃比相应的值。其结果，空燃比修正量AFC从弱浓设定修正量AFCrich向稀设定修正量AFClean的切换定时延迟，或者在不需要切换的定时下进行了这样的切换。与此相对，在本实施方式中，能够利用下游侧空燃比传感器41正确地检测浓判定空燃比的绝对值。因而，能够抑制空燃比修正量AFC从弱浓设定修正量AFCrich向稀设定修正量AFClean的切换定时的延迟、和不需要切换的定时下的切换。
再者，在上述实施方式中，在时刻t2～t4，空燃比修正量AFC被维持为稀设定修正量AFClean。但是，在这样的期间，空燃比修正量AFC不一定需要维持为恒定，也可以以使其逐渐地减少等的变动方式来设定。同样地，在时刻t4～t7，空燃比修正量AFC被维持为弱浓设定修正量AFrich。但是，在这样的期间，空燃比修正量AFC不一定需要维持为恒定，也可以 以使其逐渐减少等的变动方式来设定。
但是，即使是这种情况，时刻t2～t4下的空燃比修正量AFC也被设定以使得该期间中的目标空燃比的平均值与理论空燃比之差大于时刻t4～t7下的目标空燃比的平均值与理论空燃比之差。
另外，在上述实施方式中，基于上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup以及向燃烧室5内的吸入空气量的推定值等来推定了上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSAsc。但是，氧吸藏量OSAsc既可以在这些参数的基础上还基于其他的参数来算出，也可以基于与这些参数不同的参数来推定。另外，在上述实施方式中，若氧吸藏量OSAsc的推定值变为判定基准吸藏量Cref以上，则将目标空燃比从稀设定空燃比切换为弱浓设定空燃比。但是，将目标空燃比从稀设定空燃比切换为弱浓设定空燃比的定时(timing)，也可以以例如将目标空燃比从弱浓设定空燃比向稀设定空燃比切换后的内燃机运转时间等的其他参数为基准。但是，即使是这种情况，也需要在被推定为上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSAsc少于最大氧吸藏量的期间将目标空燃比从稀设定空燃比切换为弱浓设定空燃比。
＜也使用了下游侧催化剂的控制的说明＞
另外，在本实施方式中，除了上游侧排气净化催化剂20之外，还设置有下游侧排气净化催化剂24。下游侧排气净化催化剂24的氧吸藏量OSAufc，通过每当某个程度的期间就进行的断燃料切断控制而被设为最大吸藏量Cmax附近的值。因而，即便从上游侧排气净化催化剂20流出了包含未燃气体的排气，这些未燃气体也会在下游侧排气净化催化剂24中被氧化净化。
再者，所谓燃料切断控制，是在搭载内燃机的车辆减速时等，即使是曲轴或活塞3正在运动的状态也不从燃料喷射阀11进行燃料的喷射的控制。当进行该控制时，向两排气净化催化剂20、24流入大量的空气。
以下，参照图15，对下游侧排气净化催化剂24中的氧吸藏量OSAufc的推移进行说明。图15是与图14同样的图，替换图14的NOx浓度的推移而示出了下游侧排气净化催化剂24的氧吸藏量OSAufc以及从下游侧排气净化催化剂24流出的排气中的未燃气体(HC、CO等)的浓度的推移。另外，在图15所示的例子中，进行了与图14所示的例子相同的控制。
在图15所示的例子中，在时刻t1以前进行了燃料切断控制。因而，在时刻t1以前，下游侧排气净化催化剂24的氧吸藏量OSAufc变为最大氧吸藏量Cmax附近的值。另外，在时刻t1以前，从上游侧排气净化催化剂20流出的排气的空燃比大致保持为理论空燃比。因而，下游侧排气净化催化剂24的氧吸藏量OSAufc被维持为恒定。
其后，在时刻t1～t4，从上游侧排气净化催化剂20流出的排气的空燃比变为浓空燃比。因而，向下游侧排气净化催化剂24流入包含未燃气体的排气。
如上述那样，在下游侧排气净化催化剂24中吸藏有大量的氧，因此，当在向下游侧排气净化催化剂24流入的排气中包含未燃气体时，由所吸藏的氧对未燃气体进行氧化净化。另外，下游侧排气净化催化剂24的氧吸藏量OSAufc随之减少。但是，在时刻t1～t4，从上游侧排气净化催化剂20流出的未燃气体并没有那么多，因此，此期间的氧吸藏量OSAufc的减少量为微量。因而，在时刻t1～t4下从上游侧排气净化催化剂20流出的未燃气体全部在下游侧排气净化催化剂24中被氧化净化。
在时刻t6以后，也与时刻t1～t4的情况同样地，每间隔某种程度的时间就从上游侧排气净化催化剂20流出未燃气体。这样流出的未燃气体基本上由被下游侧排气净化催化剂24吸藏了的氧氧化净化。因此，几乎不会从下游侧排气净化催化剂24流出未燃气体。当考虑如上述那样地抑制从上游侧排气净化催化剂20流出NOx时，根据本实施方式，从下游侧排气净化催化剂24排出的未燃气体以及NOx的排出量总是为很少的量。
＜具体的控制的说明＞
接着，参照图16以及图17，对所述实施方式中的控制装置具体地进行说明。本实施方式中的控制装置，如作为功能框图的图16所示那样，包含A1～A9的各功能框而构成。以下，一边参照图16一边对各功能框进行说明。
＜燃料喷射量的算出＞
首先，对燃料喷射量的计算进行说明。在计算燃料喷射量时，使用气缸内吸入空气量计算单元A1、基本燃料喷射量计算单元A2、以及燃料喷射量计算单元A3。
气缸内吸入空气量计算单元A1，基于由空气流量计39测量出的吸入空气流量Ga、基于曲轴转角传感器44的输出算出的内燃机转速NE、存储在ECU31的ROM34中的映射图(map)或计算式来算出向各气缸的吸入空气量Mc。
基本燃料喷射量计算单元A2，通过由气缸内吸入空气量计算单元A1算出的气缸内吸入空气量Mc除以由后述的目标空燃比设定单元A6算出的目标空燃比AFT，来算出基本燃料喷射量Qbase(Qbase＝Mc/AFT)。
燃料喷射量计算单元A3，通过由基本燃料喷射量计算单元A2算出的基本燃料喷射量Qbase和后述的F/B修正量DQi相加，来算出燃料喷射量Qi(Qi＝Qbase+DQi)。对燃料喷射阀11进行喷射指示，使得从燃料喷射阀11喷射这样算出的燃料喷射量Qi的燃料。
＜目标空燃比的算出＞
接着，对目标空燃比的计算进行说明。在计算目标空燃比时，使用氧吸藏量计算单元A4、目标空燃比修正量计算单元A5、以及目标空燃比设定单元A6。
氧吸藏量计算单元A4，基于由燃料喷射量计算单元A3算出的燃料喷射量Qi以及上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup，来算出上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量的推定值OSAest。例如，氧吸藏量计算单元A4，通过与上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup对应的空燃比与理论空燃比的差量乘以燃料喷射量Qi，并且累计所求出的值，来算出氧吸藏量的推定值OSAest。再者，由氧吸藏量计算单元A4进行的上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量的推定也可以不总是进行。例如，可以仅在从目标空燃比自浓空燃比向稀空燃比实际地切换时(图14中的时刻t3)开始到氧吸藏量的推定值OSAest达到判定基准吸藏量Cref(图5中的时刻t4)为止的期 间推定氧吸藏量。
目标空燃比修正量计算单元A5，基于由氧吸藏量计算单元A4算出的氧吸藏量的推定值OSAest、和下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn，来算出目标空燃比的空燃比修正量AFC。具体地讲，空燃比修正量AFC，在下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn变为零(与浓判定空燃比相应的值)以下时，被设为稀设定修正量AFClean。其后，空燃比修正量AFC被维持为稀设定修正量AFClean，直到氧吸藏量的推定值OSAest达到判定基准吸藏量Cref为止。当氧吸藏量的推定值OSAest达到判定基准吸藏量Cref时，空燃比修正量AFC被设为弱浓设定修正量AFCrich。其后，被维持为弱浓设定修正量AFCrich，直到下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn变为零以下为止。
目标空燃比设定单元A6，通过将成为基准的空燃比、即本实施方式中的理论空燃比AFR与由目标空燃比修正量计算单元A5算出的空燃比修正量AFC相加，来算出目标空燃比AFT。因此，目标空燃比AFT被设为比理论空燃比AFR稍浓的弱浓设定空燃比(空燃比修正量AFC为弱浓设定修正量AFCrich的情况)、和比理论空燃比AFR稀某种程度的稀设定空燃比(空燃比修正量AFC为稀设定修正量AFClean的情况)中的任一个。这样算出的目标空燃比AFT，被输入到基本燃料喷射量计算单元A2以及后述的空燃比差计算单元A8中。
图17是表示空燃比修正量AFC的计算控制的控制程序的流程图。图示的控制程序通过一定时间间隔的插入来进行。
如图17所示，首先，在步骤S11中判定空燃比修正量AFC的算出条件是否成立。所谓空燃比修正量的算出条件成立的情况，可列举出例如不是燃料切断控制中等。在步骤S11中判定为目标空燃比的算出条件成立的情况下，进入到步骤S12。在S12中，取得上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup、下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn、燃料喷射量Qi。接着，在步骤S13中，基于在步骤S12中所取得的上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup以及燃料喷射量Qi，来算出氧吸藏量的推定值OSAest。
接着，在步骤S14中判定稀设定标志Fr是否被设定为0。稀设定标志Fr在空燃比修正量AFC被设定为稀设定修正量AFClean时被设为1，在这之外的情况下被设为0。在步骤S14中判定为稀设定标志Fr被设定为0的情况下，进入到步骤S15。在步骤S15中，判定下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn是否为零以下。在判定为下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn大于零的情况下，使控制程序结束。
另一方面，若上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSAsc减少、从上游侧排气净化催化剂20流出的排气的空燃比降低，则在步骤S15中判定为下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn为零以下。在这种情况下，进入到步骤S16，空燃比修正量AFC被设为稀设定修正量AFClean。接着，在步骤S17中，稀设定标志Fr被设定为1，使控制程序结束。
在接下来的控制程序中，在步骤S14中判定为稀设定标志Fr未被设定为0而进入到步骤S18。在步骤S18中，判定在步骤S13中算出的氧吸藏量的推定值OSAest是否少于判定基准吸藏量Cref。在判定为氧吸藏量的推定值OSAest少于判定基准吸藏量Cref的情况下，进入到步骤S19，空燃比修正量AFC继续被设为稀设定修正量AFClean。另一方面，若上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量增大，则不久在步骤S18中判定为氧吸藏量的推定值OSAest为判定基准吸藏量Cref以上，进入到步骤S20。在步骤S20中，空燃比修正量AFC被设为弱浓设定修正量AFCrich，接着，在步骤S21中稀设定标志Fr重置(reset)为0，使控制程序结束。
＜F/B修正量的算出＞
再次返回到图16，对基于上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup的F/B修正量计算进行说明。在计算F/B修正量时，使用数值变换单元A7、空燃比差计算单元A8、F/B修正量计算单元A9。
数值变换单元A7，基于上游侧空燃比传感器40的输出电流Irup、和规定了空燃比传感器40的输出电流Irup与空燃比的关系的映射图(map)或计算式，来算出与输出电流Irup相应的上游侧排气空燃比AFup。因此，上游侧排气空燃比AFup相当于向上游侧排气净化催化剂20流入的排气的 空燃比。
空燃比差计算单元A8，通过从由数值变换单元A7求出的上游侧排气空燃比AFup减去由目标空燃比设定单元A6算出的目标空燃比AFT，来算出空燃比差DAF(DAF＝AFup-AFT)。该空燃比差DAF是表示相对于目标空燃比AFT的、燃料供给量过量或不足的值。
F/B修正量计算单元A9，通过对由空燃比差计算单元A8算出的空燃比差DAF进行比例·积分·微分处理(PID处理)，基于下述式(1)算出用于补偿燃料供给量过量或不足的F/B修正量DFi。这样算出的F/B修正量DFi被输入到燃料喷射量计算单元A3。
DFi＝Kp×DAF+Ki×SDAF+Kd×DDAF…(1)
再者，在所述式(1)中，Kp为预先设定的比例增益(比例常数)，Ki为预先设定的积分增益(积分常数)，Kd为预先设定的微分增益(微分常数)。另外，DDAF是空燃比差DAF的时间微分值，通过此次更新了的空燃比差DAF与上次更新了的空燃比差DAF之差除以与更新间隔对应的时间来算出。另外，SDAF为空燃比差DAF的时间积分值，该时间积分值DDAF，通过此次更新了的空燃比差DAF与上次更新了的时间积分值DDAF相加来算出(SDAF＝DDAF+DAF)。
再者，在所述实施方式中，由上游侧空燃比传感器40检测出向上游侧排气净化催化剂20流入的排气的空燃比。但是，向上游侧排气净化催化剂20流入的排气的空燃比的检测精度未必需要很高，因此例如也可以基于从燃料喷射阀11喷出的燃料喷射量以及空气流量计39的输出来推定该排气的空燃比。
＜第二实施方式＞
接着，参照图18，对本发明的第二实施方式涉及的内燃机的控制装置进行说明。第二实施方式涉及的内燃机的控制装置的构成以及控制，基本上与第一实施方式涉及的内燃机的控制装置的构成以及控制同样。但是，在本实施方式的控制装置中，即使在空燃比修正量AFC被设为弱浓设定修正量AFCrich的期间，也每间隔某种程度的时间使空燃比修正量AFC在 短的时间内暂时地为与稀空燃比相应的值(例如，稀设定修正量AFClean)。即，在本实施方式的控制装置中，在目标空燃比被设为弱浓设定空燃比的期间，也每间隔某种程度的时间使目标空燃比在短的时间内暂时地为稀空燃比。
图18是与图14同样的图，图18中的时刻t1～t7表示与图14中的时刻t1～t7同样的控制定时。因此，在图18所示的控制中，也在时刻t1～t7的各定时下进行了与图14所示的控制同样的控制。而且，在图18所示的控制中，在时刻t4～t7的期间，即空燃比修正量AFC被设为弱浓设定修正量AFCrich的期间，空燃比修正量AFC多次地暂时被设为稀设定修正量AFClean。
在图18所示的例子中，从时刻t8起在短的时间内使空燃比修正量AFC为稀设定修正量AFClean。由于如上述那样空燃比的变化发生延迟，因此向上游侧排气净化催化剂20流入的排气的空燃比从时刻t9起在短的时间内为稀空燃比。这样，当向上游侧排气净化催化剂20流入的排气的空燃比变为稀空燃比时，该期间上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSAsc暂时地增大。
在图18所示的例子中，同样地，在时刻t10下也在短的时间内使空燃比修正量AFC为稀设定修正量AFClean。与之相伴，向上游侧排气净化催化剂20流入的排气的空燃比从时刻t11起在短的时间内为稀空燃比，此期间上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSAsc暂时地增大。
这样，通过使向上游侧排气净化催化剂20流入的排气的空燃比暂时地增大，能够使上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSAsc暂时地增大，或者使氧吸藏量OSAsc的减少暂时地降低。因而，根据本实施方式，能够使从在时刻t4下将空燃比修正量AFC切换为弱浓设定修正量AFCrich起直到在时刻t7下下游侧空燃比传感器41的输出电流Irdwn达到零(与浓判定空燃比相应的值)为止的时间延长。即，能够使上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSAsc变为零附近、从上游侧排气净化催化剂20流出未燃气体的定时延迟。由此，能够使从上游侧排气净化催化剂20流出的未燃 气体的流出量减少。
再者，在上述实施方式中，在空燃比修正量AFC基本上为弱浓设定修正量AFCrich的期间(时刻t4～t7)，暂时地将空燃比修正量AFC设为稀设定修正量AFClean。在这样地暂时变更空燃比修正量AFC的情况下，不一定需要将空燃比修正量AFC变更为稀设定修正量AFClean，只要比弱浓设定修正量AFCrich稀，就可以变更为任意的空燃比。
另外，即使在空燃比修正量AFC基本上被设为稀设定修正量AFClean的期间(时刻t2～t4)，也可以暂时地将空燃比修正量AFC设为弱浓设定修正量AFCrich。这种情况也同样地，在暂时变更空燃比修正量AFC的情况下，只要比稀设定修正量AFClean浓，就可以将空燃比修正量AFC变更为任何的空燃比。
但是，在本实施方式中，时刻t2～t4的空燃比修正量AFC也被设定以使得该期间中的目标空燃比的平均值与理论空燃比之差大于时刻t4～t7的目标空燃比的平均值与理论空燃比之差。
不论哪种情况，当将第一实施方式以及第二实施方式汇总地表达时，可以说ECU31具备：氧吸藏量增加单元，其在由下游侧空燃比传感器41检测出的排气的空燃比变为浓判定空燃比以下时，使向上游侧排气净化催化剂20流入的排气的目标空燃比连续或断续地为稀设定空燃比，直到上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSAsc变为判定基准吸藏量Cref为止；和氧吸藏量减少单元，其在上游侧排气净化催化剂20的氧吸藏量OSAsc变为判定基准吸藏量Cref以上时，使目标空燃比连续或断续地为弱浓设定空燃比，以使得氧吸藏量OSAsc并不达到最大氧吸藏量Cmax而是朝向零减少。
＜第三实施方式＞
接着，参照图19以及图20，对本发明的第三实施方式涉及的内燃机的控制装置进行说明。第三实施方式涉及的内燃机的控制装置的构成以及控制基本上与上述实施方式涉及的内燃机的控制装置的构成以及控制同样。但是，在上述实施方式中，作为空燃比传感器，采用了由固体电解质 层和一对电极构成的单元为一个的单一单元型空燃比传感器，与此相对，在第三实施方式中，作为空燃比传感器，采用了这样的单元为两个的双单元型空燃比传感器。
＜空燃比传感器的构成＞
接着，参照图19，对本实施方式中的空燃比传感器70、71的构成进行说明。图19是空燃比传感器70、71的概略的剖面图。从图19可知，本实施方式中的空燃比传感器70、71是由固体电解质层和一对电极构成的单元(cell)为两个的双单元型空燃比传感器。
如图19所示，空燃比传感器70、71具备被测气体室81、基准气体室82、配置在被测气体室81的两侧的两个固体电解质层83、84。基准气体室82隔着第二固体电解质层84设置在被测气体室81的相反侧。在第一固体电解质层83的被测气体室81侧的侧面上配置有气体室侧电极(第三电极)85，在第一固体电解质层83的排气侧的侧面上配置有排气侧电极(第四电极)86。所述第一固体电解质层83、气体室侧电极85以及排气侧电极86构成泵单元90。
另一方面，在第二固体电解质层84的被测气体室81侧的侧面上配置有气体室侧电极(第一电极)87，在第二固体电解质层84的基准气体室82侧的侧面上配置有基准侧电极(第二电极)88。所述第二固体电解质层84、气体室侧电极87以及基准侧电极88构成基准单元91。
在两个固体电解质层83、84之间，以包围泵单元90的气体室侧电极85以及基准单元91的气体室侧电极87的方式设置有扩散律速层93。因此，被测气体室81由第一固体电解质层83、第二固体电解质层84以及扩散律速层93围成。排气经由扩散律速层93向被测气体室81内流入。因此，配置于被测气体室81内的电极、即泵单元90的气体室侧电极85以及基准单元91的气体室侧电极87，经由扩散律速层93暴露于排气中。再者，扩散律速层93不一定需要以向被测气体室81流入的排气通过的方式设置。只要到达基准单元91的气体室侧电极87的排气为通过了扩散律速层的排气，则扩散律速层也可以以任何的方式配置。
另外，在第二固体电解质层84的基准气体室82侧的侧面上，以包围基准气体室82的方式设置有加热器部94。因此，基准气体室82由第二固体电解质层84以及加热器部94围成。基准气体导入到该基准气体室82内。在本实施方式中，基准气体室82对空气开放，因而作为基准气体，空气被导入到基准气体室82内。
另外，在加热器部94中设置有多个加热器95，能够由这些加热器95控制空燃比传感器70、71的温度、特别是固体电解质层83、84的温度。加热器95具有足以加热到将固体电解质层83、84活化的发热容量。而且，在第一固体电解质层83的排气侧的侧面上设置有保护层96。保护层96由多孔质材料形成，使得在防止排气中的液体等直接附着在排气侧电极86上的同时使排气到达排气侧电极86。
固体电解质层83、84由与第一实施方式的固体电解质层51同样的材料形成。另外，扩散律速层93也由与第一实施方式的扩散律速层54同样的材料形成。而且，电极85～88也由与第一实施方式的电极52、53同样的材料形成。
在基准单元91的气体室侧电极87和基准侧电极88之间，由搭载于ECU31的基准电压施加装置100施加基准电压(相当于第一实施方式的传感器施加电压)Vr。而且，在ECU31中设置有基准电流检测装置101，该基准电流检测装置101检测在由基准电压施加装置100施加了基准电压Vr时经由第二固体电解质层84在所述电极87、88之间流动的基准电流Ir。
另外，在泵单元90的气体室侧电极85和排气侧电极86之间，由搭载于ECU31的泵电压施加装置102施加泵电压Vp。由泵电压施加装置102施加的泵电压Vp根据由基准电流检测装置101检测出的基准电流Ir来设定。具体而言，根据由基准电流检测装置101检测出的基准电流Ir与预先设定的其目标电流(在本实施方式中为零)之差来设定泵电压Vp。而且，在ECU31中设置有泵电流检测装置103，该泵电流检测装置103检测在由泵电压施加装置102施加了泵电压Vp时经由第一固体电解质层83在所述电极85、86之间流动的泵电流Ip。
再者，当由泵电压施加装置102使泵电压Vp变化时，在电极85、86间流动的泵电流Ip变化。换言之，可以说泵电压施加装置102控制着泵电流Ip。因此，泵电压施加装置102作为控制泵电流Ip的泵电流控制装置发挥作用。再者，泵电流Ip通过例如与泵电压施加装置102串联地配置可变电阻、且变更该可变电阻也进行变化。因此，作为泵电流控制装置，也能够使用可变电阻等的、泵电压施加装置102以外的单元。
＜空燃比传感器的工作＞
接着，参照图20，对这样构成的空燃比传感器70、71的工作的基本性概念进行说明。图20是概略地示出空燃比传感器70、71的工作的图。在使用时，空燃比传感器70、71以保护层96以及扩散律速层93的外周面暴露于排气中的方式配置。另外，向空燃比传感器70、71的基准气体室82导入空气。
如上所述，固体电解质层83、84由氧离子传导性氧化物的烧结体形成。因此，具有以下性质(氧电池特性)：若在因高温而活化了的状态下在固体电解质层83、84的两侧面间产生氧浓度之差，则产生要使氧离子从浓度高的侧面侧向浓度低的侧面侧移动的电动势E。
相反地，固体电解质层83、84还具有以下特性(氧泵特性)：若对两侧面间给予电位差，则要引起氧离子的移动，使得根据该电位差而在固体电解质层的两侧面间产生氧浓度比。具体地讲，在对两侧面间给予了电位差的情况下会引起氧离子的移动，使得被给予了正极性的侧面上的氧浓度相对于被给予了负极性的侧面上的氧浓度以与电位差相应的比率变高。
因此，在泵单元90中，当由泵电压施加装置102对气体室侧电极85和排气侧电极86之间施加泵电压Vp时，与之相应地产生氧离子的移动。伴随着这样的氧离子的移动，从排气中向被测气体室81内导入(汲入)氧或氧被从中吸出(汲出)。
另一方面，本实施方式的基准单元91，与第一实施方式中的由固体电解质层51、排气侧电极52以及空气侧电极53构成的单元同样地发挥作用。因此，在基准单元91中，当被测气体室81内的排气空燃比与和由基准电 压施加装置100施加于电极87、88间的基准电压Vr对应的空燃比(即，施加基准电压Vr时的电流为零时的排气空燃比)一致时，在电极87、88间流动的基准电流变为零。另一方面，在被测气体室81内的排气空燃比比与基准电压Vr对应的空燃比浓时，在电极87、88间流动的基准电流变为负电流，其大小与和对应于基准电压Vr的空燃比之差成比例。相反地，在被测气体室81内的排气空燃比比与基准电压Vr对应的空燃比稀时，在电极87、88间流动的基准电流变为正电流，其大小与和对应于基准电压Vr的空燃比之差成比例。
在空燃比传感器70、71周围的排气空燃比比与基准电压Vr对应的空燃比稀时，如图20(A)所示，经由扩散律速层93向被测气体室81内流入比与基准电压Vr对应的空燃比稀的排气。当这样地流入包含大量的氧的稀空燃比的排气时，在基准单元91的电极87、88间，和与对应于基准电压Vr的空燃比之差成比例地流动正的基准电流，这样的基准电流由基准电流检测装置101检测出。
当由基准电流检测装置101检测出基准电流时，基于此由泵电压施加装置102对泵单元90的电极85、86施加泵电压。特别是，当由基准电流检测装置101检测到正的基准电流时，将排气侧电极86作为正电极、将气体室侧电极85作为负电极来施加泵电压。通过这样地对泵单元90的电极85、86施加泵电压，在泵单元90的第一固体电解质层83中，从负电极朝向正电极、即从气体室侧电极85朝向排气侧电极86发生氧离子的移动。因而，被测气体室81内的氧被吸出到空燃比传感器70、71周围的排气中。
从被测气体室81内向空燃比传感器70、71周围的排气中吸出的氧的流量与泵电压成比例，另外，泵电压与由基准电流检测装置101检测出的正的基准电流的大小成比例。因此，被测气体室81内的排气空燃比越是从与基准电压Vr对应的空燃比向稀偏离得大，即被测气体室81内的氧浓度越高，则从被测气体室81内向空燃比传感器70、71周围的排气中吸出的氧的流量越多。其结果，经由扩散律速层93向被测气体室81流入的氧流量和由泵单元90吸出的氧流量基本上一致，被测气体室81内基本上保持 为大致与基准电压Vr对应的空燃比。
由泵单元90吸出的氧流量等于在泵单元90的第一固体电解质层83内移动的氧离子的流量。并且，该氧离子的流量等于在泵单元90的电极85、86间流动的电流。因此，通过由泵电流检测装置103检测在电极85、86间流动的电流，能够检测出经由扩散律速层93向被测气体室81流入的氧流量，从而能够检测出被测气体室81周围的排气的稀空燃比。
另一方面，在空燃比传感器70、71周围的排气空燃比比与基准电压Vr对应的空燃比浓时，如图20(B)所示，经由扩散律速层93向被测气体室81内流入比与基准电压Vr对应的空燃比浓的排气。当这样流入包含大量的未燃气体的浓空燃比的排气时，在基准单元91的电极87、88间，与和对应于基准电压Vr的空燃比之差成比例地流动负的基准电流，这样的基准电流由基准电流检测装置101检测出。
当由基准电流检测装置101检测出基准电流时，基于此由泵电压施加装置102对泵单元90的电极85、86间施加泵电压。特别是，当由基准电流检测装置101检测出负的基准电流时，将气体室侧电极85作为正电极、将排气侧电极86作为负电极来施加泵电压。通过这样施加泵电压，在泵单元90的第一固体电解质层83中，从负电极朝向正电极，即从排气侧电极86朝向气体室侧电极85产生氧离子的移动。因而，空燃比传感器70、71周围的排气中的氧被导入到被测气体室81内。
从空燃比传感器70、71周围的排气中向被测气体室81内导入的氧的流量与泵电压成比例，另外，泵电压与由基准电流检测装置101检测出的负的基准电流的大小成比例。因此，被测气体室81内的排气空燃比越是从与基准电压Vr对应的空燃比向浓偏离得大，即，被测气体室81内的未燃气体浓度越高，则从空燃比传感器70、71周围的排气中向被测气体室81内导入的氧的流量越多。其结果，经由扩散律速层93向被测气体室81流入的未燃气体的流量、和由泵单元90导入的氧流量达到化学当量比，因此被测气体室81内基本上保持为与基准电压Vr对应的空燃比。
由泵单元90导入的氧流量等于在泵单元90内的第一固体电解质层83 内移动的氧离子的流量。并且，该氧离子的流量等于在泵单元90的电极85、86间流动的电流。因此，通过由泵电流检测装置103检测出在电极85、86间流动的电流，能够检测出经由扩散律速层93向被测气体室81流入的未燃气体的流量，从而能够检测出被测气体室81周围的排气的浓空燃比。
另外，在空燃比传感器70、71周围的排气空燃比为与基准电压Vr对应的空燃比时，如图20(C)所示，经由扩散律速层93向被测气体室81内流入与基准电压Vr对应的空燃比的排气。当这样流入与基准电压Vr对应的空燃比的排气时，在基准单元91的电极87、88间流动的基准电流变为零，这样的基准电流由基准电流检测装置101检测出。
当由基准电流检测装置101检测出的基准电流为零时，与之相伴，由泵电压施加装置102施加的泵电压也被设为零。因而，在泵单元90的第一固体电解质层83中，未发生氧离子的移动，因此被测气体室81内基本上保持为与基准电压Vr对应的空燃比。并且，由于在泵单元90的第一固体电解质层83中未发生氧离子的移动，所以由泵电流检测装置103检测的泵电流也变为零。因此可知，在由泵电流检测装置103检测的泵电流为零时，被测气体室81周围的排气的空燃比为与基准电压Vr对应的空燃比。
这样，根据本实施方式的空燃比传感器70、71，在空燃比传感器70、71周围的排气空燃比与对应于基准电压Vr的空燃比一致时，作为输出电流的泵电流变为零。另外，在空燃比传感器70、71周围的排气空燃比比与基准电压Vr对应的空燃比稀时，作为输出电流的泵电流变为正，泵电流的绝对值根据其稀的程度而变大。相反地，在空燃比传感器70、71周围的排气空燃比比与基准电压Vr对应的空燃比浓时，作为输出电流的泵电流变为负，泵电流的绝对值根据其浓的程度而变大。
而且，如与上述第一实施方式的空燃比传感器40、41关联地说明的那样，与基准电压Vr对应的空燃比、即施加了基准电压Vr时的电流为零时的排气空燃比，随着基准电压Vr增大而变小。例如，在基准电压Vr为0.45V时，电流为零时的排气空燃比变为理论空燃比。而且，在基准电压Vr大于0.45V的情况下，电流为零时的排气空燃比变为浓空燃比，在基准电压 Vr小于0.45V的情况下，电流为零时的排气空燃比变为稀空燃比。
＜各空燃比传感器中的施加电压＞
在本实施方式中，上游侧空燃比传感器40中的基准电压Vrup被设为在排气空燃比为理论空燃比(在本实施方式中为14.6)时输出电流变为零时的电压(例如0.45V)。换言之，在上游侧空燃比传感器40中，设定基准电压Vrup，使得电流为零时的排气空燃比变为理论空燃比。另一方面，下游侧空燃比传感器41中的基准电压Vrdwn被设为在排气空燃比为比理论空燃比稍浓的预先确定的浓判定空燃比(例如14.55)时输出电流变为零时的电压(例如0.7V)。换言之，在下游侧空燃比传感器41中设定基准电压Vrdwn，使得电流为零时的排气空燃比变为比理论空燃比稍浓的浓判定空燃比。这样，在本实施方式中，下游侧空燃比传感器41中的基准电压Vrdwn被设为比上游侧空燃比传感器40中的基准电压Vrup高的电压。
因此，与两空燃比传感器70、71连接的ECU31，将在上游侧空燃比传感器40的输出电流即泵电流Irup变为零时的上游侧空燃比传感器40周围的排气空燃比判断为理论空燃比。另一方面，ECU31将在下游侧空燃比传感器41的输出电流即泵电流Irdwn变为零时的下游侧空燃比传感器41周围的排气空燃比判断为浓判定空燃比、即与理论空燃比不同的预先确定的空燃比。
再者，在上述第一实施方式中，上游侧空燃比传感器以及下游侧空燃比传感器都是单一单元型空燃比传感器，在上述第三实施方式中，上游侧空燃比传感器以及下游侧空燃比传感器都是双单元型空燃比传感器。但是，也可以将上游侧空燃比传感器设为双单元型空燃比传感器、将下游侧空燃比传感器设为单一单元型空燃比传感器。相反地，也可以将上游侧空燃比传感器设为单一单元型空燃比传感器、将下游侧空燃比传感器设为双单元型空燃比传感器。即使是这种情况，下游侧空燃比传感器41中的传感器施加电压(基准电压)Vrup也被设为比上游侧空燃比传感器40中的传感器施加电压(基准电压)Vrdwn高的电压。
再者，在本说明书中，排气净化催化剂的氧吸藏量作为在最大氧吸藏 量与零之间变化的吸藏量进行了说明。这意味着能够利用排气净化催化剂进一步吸藏的氧的量在零(氧吸藏量为最大氧吸藏量的情况)与最大值(氧吸藏量为零的情况)之间变化。
附图标记说明
5：燃烧室
6：吸气阀
8：排气阀
10：火花塞
11：燃料喷射阀
13：吸气支管
15：吸气管
18：节流阀
19：排气歧管
20：上游侧排气净化催化剂
21：上游侧壳体
22：排气管
23：下游侧壳体
24：下游侧排气净化催化剂
31：ECU
39：空气流量计
40：上游侧空燃比传感器
41：下游侧空燃比传感器
51：固体电解质层
52：排气侧电极
53：空气侧电极
54：扩散律速层
55：保护层
56：加热器部
57：被测气体室
58：基准气体室
60：电压施加装置
61：电流检测装置

Claims (22)

1.一种内燃机的控制装置，具备：
设置在内燃机的排气通路中的空燃比传感器；和
根据该空燃比传感器的输出来控制内燃机的内燃机控制单元，
所述空燃比传感器被构成为：输出电流变为零时的施加电压根据排气空燃比而变化，并且在排气空燃比为理论空燃比时当使该空燃比传感器中的施加电压增大时输出电流随之增大，
在利用所述空燃比传感器检测排气的空燃比时，该空燃比传感器中的施加电压被固定为恒定电压，该恒定电压是与在排气空燃比为理论空燃比时输出电流变为零时的电压不同的电压，且是在排气空燃比为与理论空燃比不同的空燃比时输出电流变为零时的电压。
2.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，
所述空燃比传感器具备：
第一电极，其经由扩散律速层暴露于作为空燃比检测对象的排气中；
第二电极，其暴露于基准气氛中；
固体电解质层，其配置在所述第一电极与所述第二电极之间；和
电压施加装置，其在所述第一电极与所述第二电极之间施加电压，
所述施加电压是由电压施加装置施加的电压，
所述空燃比传感器被构成为在各排气空燃比下具有：
电流增大区域，其是输出电流随着施加电压的增大而增大的电压区域；和
电流微增区域，其是通过设置所述扩散律速层，与所述电流增大区域相比，相对于施加电压增加量的输出电流增加量变小的电压区域，
所述恒定电压是排气空燃比为理论空燃比时的所述电流微增区域内的电压。
3.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，
所述空燃比传感器被构成为在各排气空燃比下具有临界电流区域，该临界电流区域是所述输出电流变为临界电流时的电压区域，
所述恒定电压是排气空燃比为理论空燃比时的所述临界电流区域内的电压。
4.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，
所述空燃比传感器被构成为在各排气空燃比下具有：
比例区域，其是所述施加电压和输出电流的关系为输出电流与施加电压的增大成比例地增大的电压区域；
水分解区域，其是通过发生水的分解，输出电流根据施加电压的变化而变化的电压区域；和
中间区域，其是所述比例区域和水分解区域之间的电压区域，
所述恒定电压是排气空燃比为理论空燃比时的所述中间区域内的电压。
5.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，
所述恒定电压被设为在排气空燃比比理论空燃比高1％时输出电流变为零时的电压与在排气空燃比比理论空燃比低1％时输出电流变为零时的电压之间的电压。
6.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，
所述空燃比传感器被构成为：在各排气空燃比下所述施加电压和输出电流的关系为输出电流随着施加电压增大而增大到第一弯曲点，从第一弯曲点开始，输出电流随着施加电压增大而增大到第二弯曲点，从第二弯曲点开始，输出电流随着施加电压增大而增大，并且在第一弯曲点与第二弯曲点之间的电压区域中，与其他电压区域相比，相对于施加电压增加量的输出电流增加量变小，
所述恒定电压被设为排气空燃比为理论空燃比时的所述第一弯曲点和第二弯曲点之间的电压。
7.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，
所述空燃比传感器具备：
第一电极，其经由扩散律速层暴露于作为空燃比检测对象的排气中；
第二电极，其暴露于基准气氛中；
固体电解质层，其配置在所述第一电极与所述第二电极之间；和
电压施加装置，其在所述第一电极与所述第二电极之间施加电压，
所述扩散律速层由氧化铝形成，所述施加电压是由电压施加装置施加的电压，
所述恒定电压被设为0.1V以上0.9V以下。
8.根据权利要求1～7的任一项所述的内燃机的控制装置，
所述空燃比传感器具备：
第一电极，其经由扩散律速层暴露于作为空燃比检测对象的排气中；
第二电极，其暴露于基准气氛中；
固体电解质层，其配置在所述第一电极与所述第二电极之间；
电压施加装置，其在所述第一电极与所述第二电极之间施加电压；和
电流检测装置，其检测在所述第一电极与所述第二电极之间流动的电流，
所述施加电压是由电压施加装置施加的电压，所述输出电流是由所述电流检测装置检测出的电流。
9.根据权利要求1～3、5和7的任一项所述的内燃机的控制装置，
所述空燃比传感器具备：
被流入作为空燃比检测对象的排气的被测气体室；
泵单元，其根据泵电流对该被测气体室内的排气进行氧的导入以及吸出；和
所检测出的基准电流根据所述被测气体室内的空燃比而变化的基准单元，
所述基准单元具备：
第一电极，其直接或经由扩散律速层暴露于所述被测气体室内的排气中；
第二电极，其暴露于基准气氛中；和
固体电解质层，其配置在所述第一电极与所述第二电极之间，
所述空燃比传感器具备：
基准电压施加装置，其在所述基准单元的第一电极和第二电极之间施加电压；
基准电流检测装置，其将在所述基准单元的第一电极和第二电极之间流动的电流作为所述基准电流检测出；
泵电流控制装置，其控制向泵单元供给的泵电流，使得由所述基准电流检测装置检测出的基准电流变为零；和
泵电流检测装置，其检测该泵电流，
所述施加电压是由所述基准电压施加装置施加的基准电压，所述输出电流是由所述泵电流检测装置检测出的泵电流。
10.根据权利要求1～9的任一项所述的内燃机的控制装置，
所述内燃机控制单元将在所述空燃比传感器的输出电流变为0时的排气空燃比判断为与理论空燃比不同的预先确定的空燃比。
11.根据权利要求1～10的任一项所述的内燃机的控制装置，
所述内燃机具备：在所述空燃比传感器的排气流动方向上游侧设置于所述排气通路中的能吸藏氧的排气净化催化剂，
所述恒定电压被设为在排气空燃比为比理论空燃比浓的规定的浓判定空燃比时所述输出电流变为零时的电压。
12.根据权利要求11所述的内燃机的控制装置，
所述内燃机控制单元能够控制向所述排气净化催化剂流入的排气的空燃比，在所述空燃比传感器的输出电流变为零以下时，使向所述排气净化催化剂流入的排气的目标空燃比比理论空燃比稀。
13.根据权利要求12所述的内燃机的控制装置，
所述内燃机控制单元具备：
氧吸藏量增加单元，其在所述空燃比传感器的输出电流变为零以下时，使向所述排气净化催化剂流入的排气的目标空燃比连续或断续地比理论空燃比稀，直到所述排气净化催化剂的氧吸藏量变为比最大氧吸藏量少的规定的吸藏量为止；和
氧吸藏量减少单元，其在所述排气净化催化剂的氧吸藏量变为所述规定的吸藏量以上时，使所述目标空燃比连续或断续地比理论空燃比浓，以使得该氧吸藏量并不达到最大氧吸藏量而是朝向零减少。
14.根据权利要求13所述的内燃机的控制装置，
利用所述氧吸藏量增加单元使所述目标空燃比连续或断续地比理论空燃比稀的期间的所述目标空燃比的平均值与理论空燃比之差，大于利用所述氧吸藏量减少单元使所述目标空燃比连续或断续地比理论空燃比浓的期间的所述目标空燃比的平均值与理论空燃比之差。
15.根据权利要求13或14所述的内燃机的控制装置，
所述氧吸藏量增加单元使所述目标空燃比连续地维持为比理论空燃比稀。
16.根据权利要求13～15的任一项所述的内燃机的控制装置，
所述氧吸藏量减少单元使所述目标空燃比连续地维持为比理论空燃比浓。
17.根据权利要求11～16的任一项所述的内燃机的控制装置，
还具备：在所述排气净化催化剂的排气流动方向上游侧设置于所述排气通路中的上游侧空燃比传感器，
所述内燃机控制单元控制向所述排气净化催化剂流入的排气的空燃比，使得由上游侧空燃比传感器检测出的空燃比变为目标空燃比。
18.根据权利要求17所述的内燃机的控制装置，
所述上游侧空燃比传感器被构成为：输出电流变为零时的施加电压根据排气空燃比而变化，并且在排气空燃比为理论空燃比时当使该上游侧空燃比传感器中的施加电压增大时输出电流随之增大，
所述上游侧空燃比传感器中的施加电压低于所述空燃比传感器中的施加电压。
19.根据权利要求18所述的内燃机的控制装置，
所述上游侧空燃比传感器中的施加电压被设为在排气空燃比为理论空燃比时输出电流变为零时的电压。
20.根据权利要求18或19所述的内燃机的控制装置，
所述上游侧空燃比传感器具备：
第一电极，其经由扩散律速层暴露于作为空燃比检测对象的排气中；
第二电极，其暴露于基准气氛中；
固体电解质层，其配置在所述第一电极与所述第二电极之间；
电压施加装置，其在所述第一电极与所述第二电极之间施加电压；和
电流检测装置，其检测在所述第一电极与所述第二电极之间流动的电流，
所述上游侧空燃比传感器中的施加电压是由所述上游侧空燃比传感器的电压施加装置施加的电压，所述上游侧空燃比传感器的输出电流是由所述上游侧空燃比传感器的电流检测装置检测出的电流。
21.根据权利要求18或19所述的内燃机的控制装置，
所述上游侧空燃比传感器具备：
被流入作为空燃比检测对象的排气的被测气体室；
泵单元，其根据泵电流对该被测气体室内的排气进行氧的导入以及吸出；和
所检测出的基准电流根据所述被测气体室内的空燃比而变化的基准单元，
所述上游侧空燃比传感器的基准单元具备：
第一电极，其直接或经由扩散律速层暴露于所述被测气体室内的排气中；
第二电极，其暴露于基准气氛中；和
固体电解质层，其配置在所述第一电极与所述第二电极之间，
所述上游侧空燃比传感器具备：
基准电压施加装置，其在所述基准单元的第一电极和第二电极之间施加电压；
基准电流检测装置，其将在所述基准单元的第一电极和第二电极之间流动的电流作为所述基准电流检测出；
泵电流控制装置，其控制向泵单元供给的泵电流，使得由所述基准电流检测装置检测出的基准电流变为零；和
泵电流检测装置，其检测该泵电流，
所述上游侧空燃比传感器中的施加电压是由所述上游侧空燃比传感器的基准电压施加装置施加的基准电压，所述上游侧空燃比传感器的输出电流是由所述上游侧空燃比传感器的泵电流检测装置检测出的泵电流。
22.根据权利要求11～21的任一项所述的内燃机的控制装置，
所述内燃机还具备：在所述空燃比传感器的排气流动方向下游侧设置于所述排气通路内的能吸藏氧的下游侧排气净化催化剂。
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