JP2003314350A - 内燃機関の排ガス浄化装置 - Google Patents

内燃機関の排ガス浄化装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、空燃比センサの素子温を運転条件
により制御することによりリーンガスもしくはリッチガ
スに対する検出感度を変更し、排ガスを低減することを
目的とする。 【解決手段】 排気管に取付けられた第１の酸素センサ
２５は、エンジン制御用ＥＣＵ２９により運転条件判定
手段２１０及び特定ガス感度優先度決定手段２１１より
算出された目標インピーダンスとなるように現在のイン
ピーダンスとの差に応じてヒータ制御量算出２１４によ
りセンサヒータの供給される電力が決定される。それに
より酸素センサのリッチ成分もしくはリーン成分に対す
る検出感度が運転条件に応じて向上され，その出力を出
力検出２０３することにより，空燃比制御量に反映さ
れ、燃料噴射弁２０が制御される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排ガス
中の空燃比を検出するセンサに付設されたヒータを制御
するためのヒータ制御装置を備える内燃機関の排ガス浄
化装置に関するものである。
【０００２】
【従来技術】従来、内燃機関の排気管に設けられた触媒
の上流に空燃比センサを設け、この空燃比センサの出力
が目標空燃比となるように制御する装置が知られてい
る。また、触媒下流にさらに空燃比センサを設け、この
下流空燃比センサ出力に基づいて触媒上流の目標空燃比
を補正する技術が知られている。
【０００３】しかしながら、従来のこの種の装置では、
空燃比センサの固体電解質素子（センサ素子）の温度変
化により同一空燃比でも出力特性が変化してしまうとい
う問題があった。そのため、例えば特開平９−１２７０
３５号公報に開示されているように、センサ素子を加熱
するヒータの通電電流を制御して空燃比センサの素子温
を一定にすることにより検出精度を向上させる技術が知
られている。また、米国特許登録５２６３３５８号に開
示されているように、空燃比センサのセンサ素子温に応
じてセンサ出力特性を補正することにより検出精度を向
上させるといった技術が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、将来、益々
厳しくなる排ガス規制に対応するために、空燃比の検出
精度もさることながら，ＮＯｘ・ＨＣ・ＣＯ等の特定ガ
スを検出することが求められている。しかしながら、例
えば、ＮＯｘセンサ・ＨＣセンサに代表されるように各
ガス成分を検出するためのセンサの研究開発が進められ
ているが、大幅なコストアップになるという課題があ
る。
【０００５】なお、先に示した従来技術は、空燃比に対
する検出精度は向上できるが、特定ガスに対する検出精
度（反応）を向上できる技術ではない。
【０００６】従って本発明は、空燃比センサの特定ガス
に対する検出感度（反応）を意図的に変更することによ
り，比較的安価に特定ガスを検出できる内燃機関の排ガ
ス浄化装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１は、固体電解質素子に電極が配さ
れて成り、エンジンからの排ガス中における空燃比を検
出する空燃比検出手段と、前記空燃比検出手段における
前記固体電解質素子の温度が所定の温度となるように調
整する温度調整手段と、排ガス中の特定ガスに対する感
度を優先させる優先度決定手段とを備え、前記温度調整
手段は、前記優先度決定手段により決定された特定の排
ガスに対する検出感度を変更するために、前記固体電解
質素子の温度を調整する構成とした。
【０００８】これにより、低減したい排ガス成分もしく
は検出したい排ガス成分に対する検出性を向上できる。
【０００９】本発明の請求項２は、固体電解質素子に電
極が配されて成り、エンジンからの排ガス中における空
燃比を検出する空燃比検出手段と、前記空燃比検出手段
における固体電解質素子の温度が所定の温度となるよう
に調整する温度調整手段と、エンジンの運転状態を検出
する運転状態検出手段とを備え、前記温度調整手段は、
前記運転状態検出手段により検出された運転状態に基づ
いて、特定の排ガスに対する検出感度を変更するため
に、前記固体電解質素子の温度を調整する構成とした。
【００１０】これにより、低減したい排ガス成分もしく
は検出したい排ガス成分に対する検出性を向上できる。
【００１１】請求項３にかかる発明において、温度調整
手段は、空燃比検出手段の内部抵抗を検出することで固
体電解質素子の温度を推定することにより、固体電解質
素子の温度を調整する。
【００１２】請求項４にかかる発明では、排気温センサ
もしくは排気温と関連するパラメータの少なくともいず
れかにより、固体電解質素子の温度を調整するため熱量
を決定する。
【００１３】請求項５にかかる発明においては、排気温
センサを用いない場合、エンジン負荷、エンジン回転速
度、吸入空気量、スロットル開度、燃料噴射量、エンジ
ン暖機状態の少なくともいずれか一つに基づいて固体電
解質の温度を調整する。
【００１４】請求項６にかかる発明においては、運転状
態検出手段は、空燃比検出手段が検出する排ガス成分
（ＮＯｘ，ＣＯ，ＨＣ等）と関連するパラメータを運転
状態検出パラメータとしている。これにより、運転条件
から間接的に低減したい排ガス成分を想定することがで
きる。
【００１５】請求項７にかかる発明においては、空燃比
検出手段が検出する排ガス成分と関連するパラメータ
を、エンジン負荷、エンジン回転速度、吸入空気量、エ
ンジン暖機状態、空燃比、燃料噴射量、触媒状態の少な
くともいずれか一つとする。
【００１６】これにより、エンジン負荷、エンジン回転
速度、吸入空気量、エンジン暖機状態等から燃焼温度が
高く排ガス成分としてＮＯｘが多い運転条件時は，ＮＯ
ｘの検出感度を向上させることによりエミッションを低
減することができる。これに対して逆の運転条件下で
は、排ガス成分としてＣＯ・ＨＣが多いのでＣＯ・ＨＣ
に対する検出感度を向上させることができる。
【００１７】また排ガス中の成分は、空燃比がリッチな
場合はＣＯ・ＨＣ等が増大し、空燃比がリーンな場合は
ＮＯｘが増大する。このため空燃比に対して検出感度を
変更することが望ましい。
【００１８】請求項８にかかる発明においては、触媒状
態を、触媒温度、触媒出ガス温度、触媒内の空燃比度合
いの少なくともいずれか一つとする。
【００１９】特に触媒下流の空燃比センサに本発明を適
用する場合には触媒温度及び触媒内の空燃比状態でも排
ガス中の成分が異なるため触媒状態に応じて検出感度を
変更するようにするとよい。
【００２０】請求項９において、優先度決定手段は、特
定ガスの排出量の増加が推定される場合に、感度を優先
させるガスとして前記増加が推定される特定ガスを設定
する。これにより特定ガスの排出量の増加が推定される
場合に、その特定ガスに対する感度を事前に向上させて
おくことができる。
【００２１】このとき、請求項１０のように、運転条件
の変化に応じて排出ガスが増加するガスを推定すると良
い。特に、スロットル開度の増加から加速が実施される
判断された場合は、高負荷になり燃焼温度が増加しＮＯ
ｘの排ガスの増加が予想されるので、事前にＮＯｘの検
出感度を増加させておくようにすると良い。
【００２２】また、請求項１１のように、エンジン負荷
に関連するパラメータの低負荷から高負荷への変化に応
じて排ガスが増加するガスを推定すると良い。
【００２３】また、燃料カットからの復帰時や目標空燃
比をリーンからリッチに切り替る場合、触媒内に貯まっ
た酸素の影響により大量に排出されるＮＯｘを低減する
ために所定期間空燃比を強制的にリッチにして触媒に導
入する技術が知られている。このような技術において
は、触媒後の空燃比センサによりリッチが検出されたら
強制的にリッチにすることを中止している。しかしなが
ら、リッチガスが検出されてから強制リッチを停止する
ためエミッションが悪化してしまう。
【００２４】これに対して、請求項１２に記載の発明で
は、空燃比の変化に応じて特定ガスの排出量の増加を推
定するので、事前に空燃比がリッチになることが想定さ
れる場合、ＣＯやＨＣに対する検出感度を向上させるこ
とができる。よって、必要以上の強制リッチをする必要
がなくなりＣＯ、ＨＣの低減や燃費悪化を防止できる。
【００２５】請求項１３にかかる発明は、空燃比センサ
のセンサ素子温を調整する方向を具体化したものであ
る。つまり、低負荷時よりも高負荷時の方が前記固体電
解質素子の温度が高くなる様に調整する。これは先に述
べたように高負荷程排ガス中のＮＯｘが増加するためセ
ンサ素子温を軽負荷よりも高くすることにより、高負荷
でのＮＯｘ低減及び軽負荷時のＣＯ、ＨＣの低減を可能
にすることができる。
【００２６】請求項１４にかかる発明においては、内燃
機関の排ガス通路に設けられた排ガス浄化用の触媒と、
前記触媒の上流側に設けられ、排ガス中の空燃比を検出
する上流側空燃比センサと、前記触媒の下流側に設けら
れ、排ガス中の空燃比を検出する下流側空燃比センサと
を備えるものにおいて、温度調整手段は、エンジン運転
状態に応じて前記下流側空燃比センサの固体電解質素子
の温度を調整する。
【００２７】請求項１５にかかる発明においては、内燃
機関の排ガス通路に設けられた排ガス浄化用の触媒と、
前記触媒の上流側に設けられ、排ガス中の空燃比を検出
する上流側空燃比センサと、前記触媒の下流側に設けら
れ、排ガス中の空燃比を検出する下流側空燃比センサと
を備えたものにおいて、温度調整手段は、優先度決定手
段により優先された排ガス中の特定ガスに対する感度が
向上するように前記下流側空燃比センサの固体電解質素
子の温度を調整する。
【００２８】請求項１６にかかる発明においては、エン
ジン負荷あるいは排ガス流量に関連するパラメータに基
づき低負荷時よりも高負荷時な程、あるいは排ガス流量
が多いほど固体電解質素子の温度が高くなるように調整
する。
【００２９】つまり、低負荷時よりも高負荷時な程、あ
るいは排ガス流量が多いほどエンジンで排出されるＮＯ
ｘの量が増加する。また、ＮＯｘは触媒での反応速度が
比較的遅いため、触媒で浄化され難い傾向がある。よっ
て各々の状態において、センサ素子温度を高く調整する
することでＮＯｘに対して感度よく検出することが可能
になる。
【００３０】また、より下流触媒でＮＯｘを浄化する必
要がある高負荷かつ排ガス流量大の場合は、上流側セン
サよりも下流側センサ素子温を高く設定しても良い。
【００３１】請求項１７においては、温度調整手段は、
空燃比がリッチな場合よりもリーンな場合の方が固体電
解質素子の温度が高くなる様に調整する。つまり、先に
述べたように、排ガス中の成分は，空燃比がリッチな場
合はＣＯ・ＨＣ等が増大し、リーンな場合はＮＯｘが増
大するため、空燃比に対して検出感度を変更することが
望ましい。よって、空燃比がリッチな場合よりもリーン
な場合の方を固体電解質素子の温度を高くなる様に調整
することで検出感度を向上させることができる。
【００３２】請求項１８にかかる発明においては、内燃
機関の排ガス通路に設けられた排ガス浄化用の触媒と、
前記触媒の上流側に設けられ、排ガス中の空燃比を検出
する上流側空燃比センサと、前記触媒の下流側に設けら
れ、排ガス中の空燃比を検出する下流側空燃比センサと
を備え、前記温度調整手段は、前記触媒上流の空燃比に
応じて前記固体電解質素子の温度を調整する。
【００３３】つまり、前記触媒上流の空燃比の情報をも
とに触媒内部の空燃比状態を推定することで触媒から排
出され易い成分に対して事前にセンサ素子温を調整する
ことで、いち早く低減すべき排ガスに対する検出感度を
向上させることが可能とできる。
【００３４】特に、触媒上流の空燃比がリッチな場合
は、触媒からリッチ成分であるＣＯ、ＨＣが排出される
可能性が高いことを示しており、またリーンな場合は、
逆にリーン成分のＮＯｘを排出される可能性が高い。そ
のため、上流空燃比センサがリーンな場合は、リッチな
場合に較べて触媒下流のセンサ素子温を温度を高くなる
様に調整することにより、排ガスを感度良く検出するこ
とが可能となる。
【００３５】
【発明の実施の形態】《実施形態（１）》以下、本発明
の実施形態（１）を図１乃至図１７に基づいて説明す
る。
【００３６】以下、この発明を空燃比検出装置に具体化
した一実施の形態を図面に従って説明する。なお、本実
施の形態における空燃比検出装置は、特に自動車に搭載
される電子制御ガソリン噴射エンジンに適用されるもの
である。同エンジンの空燃比制御システムにおいては空
燃比検出装置による検出結果に基づいてエンジンへの燃
料噴射量を所望の空燃比に制御する。
【００３７】以下では、エンジの運転状態の判定手段、
エンジンから排出される排ガス成分の推定、検知すべき
排気ガス成分に応じて特定ガスの感度を向上させる優先
度決定手段、その優先度決定手段の結果の基づいて、エ
ンジの排気系に搭載された空燃比センサの素子温度を調
整する素子温度制御手段、空燃比センサに付設されたヒ
ータの通電制御手順を詳細に説明すると共に、それらの
処理を実現するための具体的構成について説明する。
【００３８】まず、図１に基づいてエンジン制御システ
ム全体の概略構成を説明する。エンジン（内燃機関）１
１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設
けられ、このエアクリーナ１３の下流側には、吸入空気
量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。
このエアフローメータ１４の下流側には、スロットルバ
ルブ１５とスロットル開度を検出するスロットル開度セ
ンサ１６とが設けられている。
【００３９】更に、スロットルバルブ１５の下流側に
は、サージタンク１７が設けられ、このサージタンク１
７に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１８が設
けられている。また、サージタンク１７には、エンジン
１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド１９が
設けられ、各気筒の吸気マニホールド１９の吸気ポート
近傍に、燃料を噴射する燃料噴射弁２０が取り付けられ
ている。
【００４０】一方、エンジン１１の排気管２１（排ガス
通路）の途中には、排ガス中の有害成分（ＣＯ、ＨＣ、
ＮＯｘ等）を低減させる上流側触媒２２と下流側触媒２
３とが直列に設置されている。この場合、上流側触媒２
２は、始動時に早期に暖機が完了して始動時の排気エミ
ッションを低減するように比較的小容量に形成されてい
る。これに対して、下流側触媒２３は、排ガス量が多く
なる高負荷域でも、排ガスを十分に浄化できるように比
較的大容量に形成されている。
【００４１】更に、上流側触媒２２の上流側には、排ガ
スの空燃比に応じたリニアな空燃比信号を出力するリニ
ア空燃比センサ２４が設けられ、上流側触媒２２の下流
側と下流側触媒２３の下流側には、それぞれ理論空燃比
近傍で比較的急激に出力が変化する、いわゆるＺ特性を
備えた第１の酸素センサ２５、第２の酸素センサ２６が
設けられている。以下、リニア空燃比センサ及び酸素セ
ンサを合わせて空燃比センサと記載する。また、エンジ
ン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷
却水温センサ２７や、エンジン回転数ＮＥを検出するク
ランク角センサ２８が取り付けられている。
【００４２】これら各種のセンサ出力は、エンジン制御
回路（以下「ＥＣＵ」という）２９に入力される。この
ＥＣＵ２９は、マイクロコンピュータを主体として構成
され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶されたプロ
グラムを実行することで、例えば排ガスの空燃比をフィ
ードバック制御する。
【００４３】本実施の形態において、排ガスの空燃比
は、例えば特開２００１−１９３５２１号公報に記載の
フィードバック制御で制御される。
【００４４】図２は、図１の構成において、触媒上流側
の空燃比センサとしてリニア空燃比センサ２４を用い、
触媒下流側の空燃比センサとして第１の酸素センサ２５
および第２の空燃比センサ２６のいずれか一方を切り換
えて用いた時の空燃比フィードバック制御のフローチャ
ートである。
【００４５】また図３、図４は、図１のリニア空燃比セ
ンサ２４および第１の酸素センサ２５に加え、第２の酸
素センサ２６を用いた場合の他の空燃比フィードバック
制御のフローチャートである。
【００４６】次に、図２の目標空燃比設定プログラムの
処理内容を説明する。本プログラムが起動されると、ま
ず、ステップ７０１で、目標空燃比λＴＧの設定に用い
る下流側の酸素センサを第１の酸素センサ２５と第２の
酸素センサ２６の中から選択する。
【００４７】例えば、排ガス流量の少ない低負荷運転時
等には、上流側触媒２２のみでも排ガスをかなり浄化で
きる。よって、目標空燃比λＴＧの設定に用いる下流側
のセンサとしては、第１の酸素センサ２５を用いた方が
空燃比制御の応答性が良い。しかし、排ガス流量が多く
なると、上流側触媒２２内で浄化されずに通り抜ける排
ガス成分量が多くなるため、上流側触媒２２と下流側触
媒２３の両方を有効に使用して排ガスを浄化する必要が
ある。この場合は、下流側触媒２３の状態も考慮した空
燃比フィードバック制御を行うことが好ましいため、目
標空燃比λＴＧの設定に用いる下流側のセンサとして
は、第２の酸素センサ２６を用いることが好ましい。
【００４８】また、エンジン１１から排出される排ガス
の空燃比の変化（上流側触媒２２上流側の空燃比センサ
２４の出力変化）が第１の酸素センサ２５の出力変化に
現れるまでの遅れ時間が短くなるほど、上流側触媒２２
内で浄化されずに通り抜ける排ガス成分量が多くなって
いる（つまり浄化効率が低下している）ことを意味す
る。よって、第１の酸素センサ２５の出力変化の遅れ時
間が短い場合は、目標空燃比λＴＧの設定に用いる下流
側のセンサとして、第２の酸素センサ２６の出力を用い
ることが好ましい。
【００４９】そこで、目標空燃比λＴＧの設定に用いる
下流側のセンサとして第２の酸素センサ２６を選択する
条件は、エンジン１１から排出される排ガスの空燃比
変化（リニア空燃比センサ２４の出力変化）が第１の酸
素センサ２５の出力変化に現れるまでの遅れ時間（又は
周期）が所定時間（又は所定周期）よりも短いこと、又
は、吸入空気量（排ガス流量）が所定値以上であるこ
ととしている。
【００５０】これら２つの条件、のどちらか一方を
満たしたときは、第２の酸素センサ２６を選択し、どち
らも満たさない場合は、第１の酸素センサ２５を選択す
る。尚、との両方の条件を満たしたときに第２の酸
素センサ２６を選択するようにしても良い。
【００５１】このようにして、目標空燃比λＴＧの設定
に用いる下流側のセンサを選択した後、ステップ７０２
に進み、選択した酸素センサの出力電圧ＶＯＸ２が理論
空燃比（λ＝１）に相当する目標出力電圧（例えば０．
４５Ｖ）より高いか低いかによって、リッチかリーンか
を判定し、リーンのときには、ステップ７０３に進み、
前回もリーンであったか否かを判定する。前回も今回も
リーンである場合には、ステップ７０４に進み、リッチ
積分量λＩＲを、現在の吸入空気量ＱＡに応じてマップ
から求める。
【００５２】このリッチ積分量λＩＲのマップとして、
図５（ａ）の上欄に示される上流側触媒下流側センサ
（第１の酸素センサ）用マップと図５（ｂ）の上欄に示
される下流側触媒下流側センサ（第２の酸素センサ）用
のマップとが記憶されており、使用するセンサに応じて
いずれか一方のマップが選択される。これらのリッチ積
分量λＩＲのマップ特性は、吸入空気量ＱＡが大きくな
るほど、リッチ積分量λＩＲが小さくなるように設定さ
れ、吸入空気量ＱＡが小さい領域では、下流側触媒下流
側センサ用のマップの方が上流側触媒下流側センサ用マ
ップよりもリッチ積分量λＩＲが少し大きくなるように
設定されている。リッチ積分量λＩＲの算出後、ステッ
プ７０５に進み、目標空燃比λＴＧをλＩＲだけリッチ
側に補正し、そのときのリッチ／リーンを記憶して（ス
テップ７１３）、本プログラムを終了する。
【００５３】また、前回リッチで今回リーンに反転した
場合には、ステップ７０３からステップ７０６に進み、
リッチ側へのスキップ量λＳＫＲを、触媒のリッチ成分
ストレージ量ＯＳＴＲｉｃｈに応じて求める。なお、リ
ッチ成分ストレージ量ＯＳＴＲｉｃｈ算出処理は、特開
２００１−１９３５２１号公報記載の処理と同じであ
り、ここでは省略する。
【００５４】図６のマップ特性は、リッチ成分ストレー
ジ量ＯＳＴＲｉｃｈの絶対値が小さくなるほどリッチス
キップ量λＳＫＲも小さくなるように設定されている。
スキップ量λＳＫＲの算出後、ステップ７０７進み、目
標空燃比λＴＧをλＩＲ＋λＳＫＲだけリッチ側に補正
し、そのときのリッチ／リーンを記憶して（ステップ７
１３）、本プログラムを終了する。
【００５５】一方、前記スキップ７０２で、酸素センサ
の出力電圧ＶＯＸ２がリッチであるときには、ステップ
７０８に進み、前回もリッチであったか否かを判定す
る。前回も今回もリッチである場合には、ステップ７０
９に進み、リーン積分量λＩＬを現在の吸入空気量ＱＡ
に応じて図５に示すマップから求める。このリーン積分
量λＩＬのマップとして、図５（ａ）の下欄に示される
上流側触媒下流側センサ（第１の酸素センサ）用マップ
と図５（ｂ）の下欄に示される下流側触媒下流側センサ
（第２の酸素センサ）用のマップが設定され、下流側の
センサとして選択されたセンサに応じていずれか一方の
マップが選択される。
【００５６】図５（ａ）、図５（ｂ）のリーン積分量λ
ＩＬのマップ特性は、吸入空気量ＱＡが大きくなるほ
ど、リーン積分量λＩＬが小さくなるように設定され、
吸入空気量ＱＡが小さい領域では、下流側触媒下流側セ
ンサ用のマップの方が上流側触媒下流側センサ用マップ
よりもリーン積分量λＩＬが少し大きくなるように設定
されている。リーン積分量λＩＬの算出後、ステップ７
１０に進み、目標空燃比λＴＧをλＩＬだけリーン側に
補正し、そのときのリッチ／リーンを記憶して（ステッ
プ７１３）、本プログラムを終了する。
【００５７】また、前回はリーン側で今回リッチに反転
した場合には、ステップ７０８からステップ７１１に進
み、リーン側へのスキップ量λＳＫＬを、触媒のリーン
成分ストレージ量ＯＳＴＬｅａｎに応じて図６に示すマ
ップから求める。なお、リーン成分ストレージ量ＯＳＴ
Ｌｅａｎ算出処理は、特開２００１−１９３５２１号公
報記載の処理と同じであり、ここでは省略する。
【００５８】図６のマップ特性は、リーン成分ストレー
ジ量ＯＳＴＬｅａｎが小さくなるほどリーンスキップ量
λＳＫＬも小さくなるように設定されている。この後、
ステップ７１２で、目標空燃比λＴＧをλＩＬ＋λＳＫ
Ｌだけリーン側に補正し、そのときのリッチ／リーンを
記憶して（ステップ７１３）、本プログラムを終了す
る。
【００５９】図６のマップから明らかなように、触媒２
２，２３の劣化によってリッチ成分ストレージ量ＯＳＴ
Ｒｉｃｈやリーン成分ストレージ量ＯＳＴＬｅａｎが低
下してきたときには、リッチスキップ量λＳＫＲやリー
ンスキップ量λＳＫＬも次第に小さな値に設定されるた
め、触媒２２，２３の吸着限界を越えた過補正が行われ
て有害成分が排出されるのが未然に防止される。
【００６０】次に目標空燃比設定処理の他の実施形態を
図３および図４のフローチャートに沿って説明する。
【００６１】ＥＣＵ２９は、図３の目標空燃比設定プロ
グラム及び図４の目標出力電圧設定プログラムを実行し
て、空燃比フィードバック制御の目標空燃比λＴＧの設
定に用いる下流側のセンサとして第１の酸素センサ２５
を選択したときに、第２の酸素センサ２６の出力に応じ
て第１の酸素センサ２５の目標出力電圧ＴＧＯＸを変化
させるようにしている。
【００６２】なお、図３において、図２と同様の処理を
実行するステップには図２と同じステップ番号を付して
いる。以下では、主に図２との相違点について説明す
る。
【００６３】図３の目標空燃比設定プログラムでは、ま
ず、ステップ７０１で、目標空燃比λＴＧの設定に用い
る下流側のセンサを上流側触媒２２下流側の酸素センサ
２５と下流側触媒２３下流側の酸素センサ２６の中から
選択した後、ステップ７１４に進み、後述する図４の目
標出力電圧設定プログラムを実行して、目標空燃比λＴ
Ｇの設定に用いる下流側のセンサの目標出力電圧ＴＧＯ
Ｘを設定する。
【００６４】この後、ステップ７１５に進み、選択した
酸素センサの出力電圧ＶＯＸ２が目標出力電圧ＴＧＯＸ
より高いか低いかによって、リッチかリーンかを判定
し、その結果に応じてステップ７０３〜７１３で、前述
した方法で、目標空燃比λＴＧを算出して、そのときの
リッチ／リーンを記憶し、本プログラムを終了する。
【００６５】次に、図３のステップ７１４で実行される
図４の目標出力電圧設定プログラムの処理内容を説明す
る。本プログラムが起動されると、まず、ステップ９０
１で、目標空燃比λＴＧの設定に用いる下流側のセンサ
として第１の酸素センサ２５が選択されているか否かを
判定する。もし、目標空燃比λＴＧの設定に用いる下流
側のセンサとして第１の酸素センサ２５が選択されてい
れば、ステップ９０２に進み、第２の酸素センサ２６の
出力電圧をパラメータとする目標出力電圧ＴＧＯＸのマ
ップから、現在の第２の酸素センサ２６の出力電圧に応
じた目標出力電圧ＴＧＯＸを算出する。
【００６６】この場合、目標出力電圧ＴＧＯＸのマップ
は、第２の酸素センサ２６の出力電圧（下流側触媒２３
の流出ガスの空燃比）が理論空燃比付近の所定範囲（β
≦出力電圧≦α）では、第２の酸素センサ２６の出力が
大きくなる（リッチになる）に従って目標出力電圧ＴＧ
ＯＸが小さくなる（リーンになる）ように設定されてい
る。更に、第２の酸素センサ２６の出力が所定値αより
も大きい領域では、目標出力電圧ＴＧＯＸが所定下限値
（例えば０．４Ｖ）となり、第２の酸素センサ２６の出
力が所定値βよりも小さい領域では、目標出力電圧ＴＧ
ＯＸが上限値（例えば０．６５Ｖ）となるように設定さ
れている。
【００６７】これにより、第１の酸素センサ２５の目標
出力電圧ＴＧＯＸは、下流側触媒２３の排ガス成分の吸
着量が所定値以下となる範囲内又は下流側触媒２３を流
れる排ガスの空燃比が所定の浄化ウインドの範囲内とな
るように設定される。
【００６８】一方、目標空燃比λＴＧの設定に用いる下
流側のセンサとして第２の酸素センサ２６を選択してい
る場合は、ステップ９０１からステップ９０３に進み、
目標出力電圧ＴＧＯＸを所定値（例えば０．４５Ｖ）に
設定する。以上説明した目標出力電圧設定プログラムが
セカンドフィードバック制御手段に相当する役割を果た
す。
【００６９】図７は、本実施の形態における空燃比検出
装置の概要を示す構成図である。図７において、ＥＣＵ
２９は、その内部演算の中枢をなすマイクロコンピュー
タ（以下、マイコンという）１２０を備え、マイコン１
２０は燃料噴射制御や点火制御等を実現するためのホス
トマイコン１１６に対して相互に通信可能に接続されて
いる。リニア空燃比センサ２４は、エンジン１１のエン
ジン本体から延びる排気管２１に取り付けられており、
マイコン１２０で出力を検出する。マイコン１２０は、
図示しない各種演算処理を実行するための周知のＣＰ
Ｕ，ＲＯＭ、ＲＡＭ，バックアップＲＡＭ等により構成
され、所定の制御プログラムに従いヒータ制御回路１２
５及びバイアス制御回路１４０を制御する。
【００７０】ここで、マイコン１２０から出力されるバ
イアス指令信号Ｖｒは、Ｄ／Ａ変換器１２１を介してバ
イアス制御回路１４０に入力される。また、その時々の
空燃比（酸素濃度）に対応するリニア空燃比センサ２４
の出力を検出し、その検出値はＡ／Ｄ変換器１２３を介
してマイコン１２０に入力される。さらに、ヒータ電圧
及びヒータ電流は、後述するヒータ制御回路１２５にて
検出され、その検出値はＡ／Ｄ変換器１２４を介してマ
イコン１２０に入力される。
【００７１】また、所定のバイアス指令信号Ｖｒを素子
に印加し、図８に示す所定時間Ｔ１とＴ２間の変化、す
なわち素子電圧変化ΔＶ、および素子電流ΔＩを検出
し、下記式より素子インピーダンスを検出する。
【００７２】インピーダンス＝ΔＶ／ΔＩ 検出された素子インピーダンス値はマイコン１２０に入
力される。素子インピーダンスは図９に示すように素子
温度と強い相関を有し、この素子インピーダンスが所定
値になるように空燃比センサが備えるヒータをデューテ
ィ制御することで空燃比センサの素子温度を制御可能で
ある。
【００７３】また、第１の酸素センサ２５、第２の酸素
センサ２６にも同様に素子インピーダンスを検出し、こ
の素子インピーダンスが所定値になるように、第１、第
２の酸素センサ２５、２６が各々備えるヒータをデュー
ティ制御することで、酸素センサの素子温度を制御でき
る。
【００７４】この手法として本実施の形態では、図１０
に示すように、実際に検出される素子インピーダンスと
目標素子温度より算出される目標インピーダンスとの偏
差によりＰＩ制御（比例、積分）する手法を採用してお
り、この手法により第１の酸素センサ２５の素子温度を
制御している。
【００７５】この詳細について図１０のフローチャート
を用い説明する。このフローチャートは所定タイミング
（ステップ４００）においてプログラム処理が実行され
る。まず、ステップ４０１において目標素子温度から算
出された目標インピーダンスと素子インピーダンス検出
回路により検出された素子インピーダンスの偏差（Δｉ
ｍｐ）を算出する。ステップ４０２において積分制御を
実施するためのインピーダンス偏差の積分値（ΣΔｉｍ
ｐ）を算出する。ステップ４０３では、この偏差、積分
値、比例係数Ｐ１および積分係数Ｉ２を用いて下記式か
らヒータデューティを算出する。
【００７６】ヒータデューティ（％）＝Ｐ１×Δｉｍｐ
＋Ｉ２×ΣΔｉｍｐ ここで算出されたヒータデューティは図７の１２５で示
すヒータ制御回路へ入力され、第１の酸素センサ２５の
ヒータ制御が実施される。
【００７７】ここでヒータデューティとは酸素センサ素
子の温度を制御する発熱量調整量であり、電力（Ｗ）に
基づくものである。温度を一定に制御するためには電力
を一定に制御することが望ましく、ヒータデューティで
温度制御する場合には、供給される電圧が異なることで
温度が変化することを防止するため、基準電圧（例えば
１３．５ｖ）に対する補正、すなわち 電力×（１３．
５／電圧）2で補正を実施する。
【００７８】図７において、リニア空燃比センサ２４は
排気管２１の内部に向けて突設されており、同センサ２
４は大別して、カバー、センサ本体及びヒータから構成
されている。カバーは断面コ字状をなし、その周壁には
カバー内外を連通する多数の小孔が形成されている。セ
ンサ素子部としてのセンサ本体は、空燃比リーン領域に
おける酸素濃度、若しくは空燃比リッチ領域における未
燃ガス（ＣＯ，ＨＣ，Ｈ２等）濃度に対応する電圧を発
生する。
【００７９】ヒータは大気側電極層内に収容されてお
り、その発熱エネルギによりセンサ本体（大気側電極
層、固体電極質層、排気ガス側電極層）を加熱する。ヒ
ータは、センサ本体を活性化するに十分な発熱容量を有
している。
【００８０】また、第１の酸素センサ２５、第２の酸素
センサ２６の構成も上述した構成と同様である。
【００８１】なお、近年、ヒータ性能向上のため素子と
ヒータを一体構造とする積層型空燃比センサが提案され
ているが、本案はそのようなセンサは勿論のこと、その
種類によらず固体電解質素子に電極が配された空燃比セ
ンサであればいずれにも適用されるものである。
【００８２】次に、図１１に示すシステムブロック図に
おいて本案の制御動作を説明する。特に図１の上流側触
媒直下に配置される第１の酸素センサ２５に本案を適用
した場合の実施例について記載する。
【００８３】第１の酸素センサ（空燃比センサ）２５が
エンジンから排出される排気ガス成分（リッチガスおよ
びリーンガス）による出力をＥＣＵ２９の出力検出回路
２０３にて検出し、空燃比制御量算出ブロック２０４で
空燃比制御量を算出する。ここでは図示しない目標電圧
と検出電圧の比較により、燃料噴射量の増減量を決定す
る。空燃比制御量として決定された燃料噴射量はインジ
ェクタ２０に供給され、所望の燃料噴射量が噴射され
る。インピーダンス算出ブロック２０２では図７、図８
で説明したように素子インピーダンスを算出し、ヒータ
制御量算出ブロック２１４にて目標インピーダンス設定
ブロック２１３で設定される目標インピーダンスとの偏
差によりヒータ制御量が決定され、第１の酸素センサ２
５のセンサ素子の温度が所望の温度となるようにヒータ
を制御する。
【００８４】ここで目標インピーダンスは次の手順で算
出される。エンジンの運転状態を示すクランク角センサ
２８、エアフロメータ１４、スロットル開度センサ１
６、冷却水温センサ２７などからの情報により運転状態
判定ブロック２１０にて運転状態の判定を実施する。こ
の運転状態判定結果に基づいて特定ガス感度優先度決定
ブロック２１１において、現在の運転条件において、ま
たは直後の運転状態においてエンジンから排出される排
気ガス組成がリッチガス主体かまたはリーンガス主体か
を判断する。
【００８５】特定ガス感度優先度決定ブロック２１１で
高負荷、加速時などＮＯｘが発生しやすい状態ではリー
ンガスが主体と判断された場合、目標素子温度設定ブロ
ック２１２において、リーンガス反応性が向上するよう
に酸素センサ素子温度を高温化させるべく目標素子温度
を、例えば７２０℃に設定する。逆に、特定ガス感度優
先度決定ブロック２１１で、低温、低負荷時、減速など
でのＨＣ、ＣＯが発生しやすい状態であり、リッチガス
が主体である（またはリッチガスが主体となる）と判断
された場合、目標素子温度設定ブロック２１２におい
て、リッチガス反応性が向上するように酸素センサ素子
温度を低温化させるべく、目標素子温度を、例えば４２
０℃に設定する。
【００８６】次に酸素センサのリッチおよびリーンガス
の反応性について図１２および図１３の特性図に基づい
て説明する。
【００８７】図１２は窒素（Ｎ2）中において一酸化炭
素（ＣＯ）に対するＯ２センサの反応性を示したもので
ある。図示するように低素子温度では微量なＣＯに反応
するが、素子温度が上昇するにつれ低濃度ＣＯに対する
反応性が低下することを示している。これはＯ２センサ
電極でのＣＯの反応性に温度特性があるからであり、素
子低温下では ＣＯ（吸着）＋１／２ Ｏ2-（吸着） ⇔ ＣＯ2＋２
ｅ- の反応が促進されＯ2が奪われるからである。
【００８８】また、図１３は窒素（Ｎ2）と一酸化炭素
（ＣＯ）雰囲気中に一酸化窒素（ＮＯ）を導入した場合
のＯ２センサの反応性を示したものである。図示するよ
うに素子高温状態においては、微量なＮＯに反応する
が、素子温度が低下するにつれて低濃度ＮＯには反応し
なくなる。これはＯ２センサ電極表面及び電極におい
て、 ＣＯ ＋ ＮＯ → ＣＯ2 ＋Ｎ2 ２ＮＯ ＋ ４ｅ → Ｎ2 ＋ ２Ｏ2- の反応が行われ、高温域は低温域に比べ、リッチガス
（ＣＯ）との燃焼及び電極でのＮＯの分解がより促進さ
れるため、低濃度側で起電力が低下するからである。
【００８９】図１１の目標素子温度設定ブロック２１２
で設定された目標温度に基づいて、目標インピーダンス
設定ブロック２１３において、図１５に示す素子インピ
ーダンスと素子温度の関係より目標インピーダンスを設
定する。そしてヒータ制御量算出ブロック２１４にて前
述した素子インピーダンス検出値との比較によりヒータ
制御量を決定する。
【００９０】図１４のフローチャートにしたがって制御
動作を説明する。本ルーチンは、時間または噴射同期な
どの所定のタイミングにて起動され（ステップ３０
０）、ステップ３０１、３０２でリーンガスが主体であ
る運転状態かどうかを判定する。具体的にはステップ３
０１で高負荷運転（高空気量域）かどうか、ステップ３
０２で加速時かどうかを判断する。高負荷運転時および
／または加速時である場合、リーンガス主体の運転状態
と判断される。
【００９１】ステップ３０１、ステップ３０２にてリー
ンガスが主体であると判断された場合はステップ３０３
に進み、目標インピーダンスを素子温度が高温（例えば
７２０℃）となる２０Ωに設定する。またリーンガスが
主体である運転状態でないと判断された場合（両ステッ
プにて否定判断された場合）にはステップ３０４、３０
５に進み、ＨＣ、ＣＯなどリッチガス排出が主体である
運転条件かどうかを判断する。
【００９２】具体的には、ステップ３０４で機関温度が
低いどうか、ステップ３０５でアイドル、低負荷かどう
かを判断する。ここで、機関温度が低い場合およびアイ
ドル、軽負荷である場合、リッチガスが主体の運転状態
と判断する。
【００９３】このようにステップ３０４、ステップ３０
５にてリッチガスが主体である運転状態と判断された場
合（肯定判断された場合）はステップ３０６に進み、目
標インピーダンスを素子温度が低温（例えば４２０℃）
となる１０００Ωに設定する。
【００９４】ステップ３０１、３０２、３０４、３０５
の全てのステップで否定判断された場合はステップ３０
７において通常の目標温度（例えば５７０℃）となるよ
うに目標インピーダンスを１００Ωに設定する。
【００９５】このように設定された目標インピーダンス
となるように実行されるＯ２センサヒータ制御は前述し
たような手法で達成することができる。
【００９６】また本件で提案する制御達成手法として、
ヒータ制御は必ずしも素子インピーダンスを算出する制
御である必要は無く、従来から知られている素子インピ
ーダンスを算出しないヒータ制御であってもよい。例え
ば、所定のエンジン運転条件ごとに設定されたヒータ制
御量（Ｄｕｔｙまたは電力）に基づいて制御する場合に
も適用可能である。
【００９７】このような装置に適用した例を図１５、図
１６に沿って説明する。
【００９８】図１５には、エンジン回転数とエンジン負
荷とに基づいてヒータデューティを設定するための制御
マップが示されている。図１５の基本制御用ヒータＤｕ
ｔｙ−ｍａｐは通常時に使用されるマップである。本実
施の形態ではこの通常時のマップに加え、エンジンのガ
ス組成検出要求に対応して低温制御用ヒータＤｕｔｙ−
ｍａｐおよび高温制御用Ｄｕｔｙ−ｍａｐを備えてお
り、運転状態等に応じて切り替えて用いられる。
【００９９】このような複数のマップを備えることによ
り、図１１の目標素子温度設定ブロック２１２で設定さ
れた目標素子温度結果より使用するヒータＤｕｔｙ−ｍ
ａｐを選択するようにするだけで素子インピーダンスを
算出しないシステムにも本発明が実施可能となる。
【０１００】ここで素子高温制御用ヒータＤｕｔｙ−ｍ
ａｐは基本制御用ヒータＤｕｔｙ−ｍａｐに対し、大き
な値（デューティまたは電力）であり、逆に素子低温制
御用ヒータＤｕｔｙ−ｍａｐは基本制御用ヒータＤｕｔ
ｙ−ｍａｐに対し、小さな値（デューティまたは電力）
となる。更に、素子低温制御または素子高温制御は、基
本制御ヒータＤｕｔｙ−ｍａｐに対し、所定デューティ
の増加、減少でも達成することは可能である。
【０１０１】この制御を図１６のフローチャートにした
がって説明する。
【０１０２】本ルーチンが所定のタイミングで起動され
ると（ステップ６００）、ステップ６０１で排ガスがリ
ッチガス雰囲気もしくはＣＯガス感度アップが必要か判
断される。必要と判断された場合はステップ６０３に進
み、低温制御用ヒータＤｕｔｙ−ｍａｐが選択され、素
子は低温に制御される。
【０１０３】ステップ６０１でＣＯガスの感度アップ不
要と判断された場合にはステップ６０２に進み、排ガス
がリーンガス雰囲気もしくはＮＯガス感度アップが必要
か判断される。感度ＵＰが必要と判断された場合、ステ
ップ６０４に進み、高温制御用ヒータＤｕｔｙ−ｍａｐ
が選択され、素子は高温に制御される。ステップ６０
１、６０２いずれでも感度アップ不要と判断された場
合、ステップ６０５に進み、基本制御用ヒータＤｕｔｙ
−ｍａｐが選択されることになる。
【０１０４】次に図１７に示すタイムチャートに基づき
本実施の形態の動作を説明する。この図１７は、図１７
（ａ）に示される車速で車両が走行されたときのタイム
チャートである。
【０１０５】まず時刻Ｔ１前にエンジンが始動され、エ
ンジンの暖機が開始される（図１７（ｂ））。時刻Ｔ１
において車両の走行が開始されると、アイドル状態を判
定していた低負荷判定がＯＮ→ＯＦＦ判定されると（図
１７（（ｄ））、同時に加速判定がＯＦＦ→ＯＮとなる
（図１７（ｇ））。この判定結果に基づきヒータ制御
は、ヒータ低温制御からヒータ高温制御へ移行されるこ
とになる。従って目標素子インピーダンスはヒータ高温
制御の目標である２０Ωに制御され、素子温度は７２０
℃に制御される（図１７（ｉ）、（ｊ））。
【０１０６】時刻がＴ２に移行し、加速状態から定常走
行になると、低温判定に基づき（図１７（ｃ））排出さ
れる排気ガス成分がリッチガス主体であると判断され第
１の酸素センサのヒータ制御を低温制御へと移行する。
このとき、素子インピーダンスは１０００Ωに制御され
（図１７（ｈ））、素子温度は４２０℃に制御される
（図１７（ｉ）、（ｊ））。
【０１０７】時刻Ｔ３においてアイドルになると、低負
荷判定がＯＦＦ→ＯＮ判定が実施される（図１７
（ｄ））。このとき目標インピーダンスは第１の酸素セ
ンサ素子が低温となる１０００Ωに制御され、リッチガ
スをより感度良く検出することで、目標空燃比を理論空
燃比に対して若干リーンの設定する弱リーン空燃比制御
が可能となる。
【０１０８】また時刻Ｔ４において加速状態となった場
合、低負荷判定はＯＮ→ＯＦＦ判定され（図１７
（ｃ））、さらに加速判定がＯＦＦ→ＯＮ判定される
（図１７（ｇ））。この結果、加速時に排出されやすい
ＮＯｘ（リーンガス）を精度良く検出するために、第１
の酸素センサ２５に対するヒータ制御は高温制御へと移
行される。
【０１０９】このため目標インピーダンスが２０Ωに設
定され、素子温度は高温（例えば７２０℃）となり、よ
りリーンガスへの反応性が向上する。このため加速時の
ＮＯｘ排出に対し第１の酸素センサ２５の出力は図示す
るように即座に反応することが可能であり（図１７
（ｋ））、空燃比補正量は瞬時に増量補正が施されるこ
とになる（図１７（ｌ））。この空燃比制御実行により
従来に比べ、ＮＯｘの排出を低減することが可能であり
（図１７（ｍ））エミッション能力の向上が達成できる
ことになる。
【０１１０】次に時刻Ｔ５では加速状態が終了するた
め、加速判定はＯＮ→ＯＦＦとなる（図１７（ｇ））。
したがってヒータ高温制御から通常温度制御へ移行す
る。
【０１１１】時刻Ｔ６では運転状態が高負荷に移行する
ため、吸入空気量またはスロットル開度などにより高負
荷判定がＯＦＦ→ＯＮ判定される（図１７（ｆ））。高
負荷状態ではＮＯｘの排出が多く、リーンガスを精度良
く検出する要求がある。このため時刻Ｔ４〜Ｔ５と同様
にヒータ低温制御が実行され、Ｏ２センサはリーンガス
の反応感度を上げることができセンサ出力で図示するよ
うにリーン出力（低電圧出力）を即座に出力する（図１
７（ｋ））。このリーン出力をＥＣＵ２９が検出し、空
燃比補正量は即座に増量され（図１７（ｌ））、ＮＯｘ
の排出を低減することが可能となる（図１７（ｍ））。
【０１１２】時刻Ｔ７においては、スロットル全閉とな
り燃料カットが実行される（図１７（ｅ））。燃料カッ
トからの復帰は時刻Ｔ８で示すが、燃料カット復帰時に
燃料増量にてリッチガスを触媒に送り込み、触媒内のＯ
２量を減少させることで次の加速時にＮＯｘの浄化率低
下を防止する必要がある。リッチガスを強制的に送り込
むため、リッチガスの過排出を防止する必要が生じる。
このためリッチガスを感度良く検出する必要があり、燃
料カット時点よりヒータ制御を低温制御へ移行させる。
【０１１３】このように運転状態に応じてＯ２センサヒ
ータ制御を高温、低温、通常へと切り替えることによ
り、Ｏ２センサの各排出ガス成分の検出精度を向上させ
ることができる。その結果、図２乃至図４で説明した排
ガスの空燃比フィードバック制御において、第１の酸素
センサ２５の目標電圧を０．４５ｖのまま、または第２
の酸素センサ２６の出力により設定された酸素センサ２
５の目標電圧変更値に空燃比フィードバックを実施する
ことにより、従来のシステムに比べ、より低濃度排出ガ
スの感度を向上しているため、エミッション能力を向上
することが可能となる。
【０１１４】前記実施の形態は高温、低温、通常温度の
３段階のヒータ制御となるが、必ずしも３段階である必
要はない。他にも用途に合わせて所望の排気ガス検出精
度向上を狙い酸素センサ素子温度を多段階に変更するこ
とが可能である。
【０１１５】《実施形態（２）》以下、本発明の実施形
態（２）を図１８、図１９に基づいて説明する。
【０１１６】図１８のフローチャートは所定のタイミン
グで起動され（ステップ５００）、本ルーチンが起動さ
れると、ステップ５０１で燃料カット復帰かどうかが判
定される。また、ステップ５０２で燃料カット復帰増量
中であるかどうかが判定される。いずれかで否定判断さ
れた場合はステップ５０６に進み、目標インピーダンス
を通常温度制御の１００Ω（例えば温度５７０℃）に設
定する。
【０１１７】ステップ５０１で燃料カット復帰と判定さ
れ、かつ、ステップ５０２で燃料カット復帰増量中と判
断された場合はステップ５０３へ進み、第１の酸素セン
サ出力が０．４５ｖ（ストイキ）未満かどうかの判断を
する。０．４５ｖ以上の場合は燃料カット復帰増量によ
る触媒のリッチ化が達成されたと判断し、ステップ５０
５へ進み、燃料カット増量を即座に停止する。その後ス
テップ５０６へ進み、Ｏ２センサ素子を通常温度に制御
する目標インピーダンスを設定する。
【０１１８】ステップ５０３でＯ２センサ出力が０．４
５ｖ未満と判断された場合は、まだ触媒内にＯ２量が多
量に存在すると判断し、リッチガス供給により洩れ出て
くる微量なリッチガスを即座に検知できるようにするた
め、ステップ５０４でＯ２センサ素子をリッチガスの感
度が高くなる低温で使用できるヒータ低温制御に移行す
る。これにより燃料カット復帰直後のリッチガスの過排
出が防止でき、エミッション能力を向上させることが可
能となる。
【０１１９】次に図１９のタイムチャートに基づき本実
施の形態の制御挙動を説明する。
【０１２０】時刻Ｔ１で燃料カットが実施されると第１
の酸素センサ出力は空燃比リーンを示す低電圧となる。
時刻Ｔ２でエンジン回転速度の低下により燃料カットか
ら復帰すると、触媒内に多量のＯ２が供給されている状
態から中立点へ移行するために燃料カット復帰増量が実
行される。
【０１２１】ここで従来のように酸素センサがリッチガ
ス（ＣＯ）に対する検出感度が鈍い状態では時刻Ｔ４に
なるまで触媒が中立点になったかどうか判断できず。触
媒内はＯ２量が少ない状態に陥る場合が多い。しかし、
本案では酸素センサ素子を低温化することでリッチガス
（ＣＯ）の反応性を向上させているため、微量なリッチ
ガスに時刻Ｔ３で反応することができる。酸素センサ出
力がリッチ（０．４５ｖ）を示す場合には燃料カット増
量を即座に停止し、触媒内のＯ２減少を抑制し、中立に
制御することが可能となる。
【０１２２】また、他の例として、エンジンによっては
リッチガス排出を嫌い燃料カット増量値を低く抑えられ
た制御となっているものがあり、この場合、燃料カット
復帰直後の加速時にＮＯｘ排出を押さえるため、Ｏ２セ
ンサ素子温度を高く設定しリーンガス（ＮＯｘ）に対す
る反応性を向上させておく方が良い。
【０１２３】このように排出ガスを抑制するためには、
エンジン運転状態およびエンジン制御による排気ガス成
分に応じてＯ２センサ素子温度を制御することが望まし
く、かかる本案によりこのような要求を達成することが
可能となる。
【０１２４】実施形態（１）および（２）において第１
の酸素センサ２５として説明したが、空燃比センサ２４
および第２の酸素センサ２６においても同様に適用でき
る。本発明は電極にてガス反応を検出する排気センサに
適用可能であり、排気センサの種類に限定されるもので
はない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の概要構成図である。
【図２】第１実施形態の目標空燃比設定処理のフローチ
ャートである。
【図３】第１実施形態における他の実施例の目標空燃比
設定処理のフローチャートである。
【図４】第１実施形態における他の実施例の第１酸素セ
ンサの目標出力電圧処理のフローチャートである。
【図５】第１実施形態におけるリッチ積分量、リーン積
分量を設定するためのマップである。
【図６】第１実施形態におけるスキップ量を設定するた
めのマップである。
【図７】空燃比およびインピーダンスを検出するための
概略構成図である。
【図８】インピーダンス検出時のタイムチャートであ
る。
【図９】酸素センサのインピーダンス特性図である。
【図１０】第１実施形態の酸素センサのヒータ制御のフ
ローチャートである。
【図１１】酸素センサの素子温度を制御するためのブロ
ック図である。
【図１２】酸素センサのＣＯ反応特性図である。
【図１３】酸素センサのＮＯ反応特性図である。
【図１４】第１実施形態の目標インピーダンス設定処理
のフローチャートである。
【図１５】ヒータの制御デューティを設定するためのマ
ップである。
【図１６】第１実施形態における他の実施例のヒータ制
御処理のフローチャートである。
【図１７】第１実施形態のタイムチャートである。
【図１８】第２実施形態の目標インピーダンス設定のフ
ローチャートである。
【図１９】第２実施形態のタイムチャートである。
【符号の説明】
１１…エンジン、 １４…エアフローメータ、 １６…スロットル開度センサ、 １８…吸気管圧力センサ、 ２２…上流側触媒、 ２３…下流側触媒、 ２４…リニア空燃比センサ（限界電流式空燃比セン
サ）、 ２５…第１の酸素センサ（限界電流式空燃比センサ）、 ２６…第２の酸素センサ（酸素センサ）、 ２７…冷却水温センサ、 ２８…クランク角センサ、 ２９…エンジン制御回路（ＥＣＵ）。
フロントページの続き (72)発明者 鈴木 英樹 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 原 光雄 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 Ｆターム(参考） 3G084 BA02 BA03 BA04 BA05 BA09 BA13 BA24 BA30 DA10 EA07 EA11 EB12 EC03 FA07 FA10 FA20 FA26 FA27 FA28 FA30 FA33 3G301 JA20 LB01 MA01 ND07 PA01Z PA11Z PA17Z PB03Z PD01A PD02A PD03A PD04A PD05A PD09Z PD11Z PD12Z PE01Z PE08Z PG01Z

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 固体電解質素子に電極が配されて成り、
    エンジンからの排ガス中における空燃比を検出する空燃
    比検出手段と、 前記空燃比検出手段における前記固体電解質素子の温度
    が所定の温度となるように調整する温度調整手段と、 感度を優先させる排ガス中の特定ガスを決定する優先度
    決定手段とを備え、 前記温度調整手段は、前記優先度決定手段により決定さ
    れた特定の排ガスに対する検出感度を変更するために、
    前記固体電解質素子の温度を調整することを特徴とする
    内燃機関の排ガス浄化装置。
  2. 【請求項２】 固体電解質素子に電極が配されて成り、
    エンジンからの排ガス中における空燃比を検出する空燃
    比検出手段と、 前記空燃比検出手段における前記固体電解質素子の温度
    が所定の温度となるように調整する温度調整手段と、 エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段とを備
    え、 前記温度調整手段は、前記運転状態検出手段により検出
    された運転状態に基づいて、特定の排ガスに対する検出
    感度を変更するために、前記固体電解質素子の温度を調
    整することを特徴とする内燃機関の排ガス浄化装置。
  3. 【請求項３】 前記温度調整手段は、前記空燃比検出手
    段の内部抵抗を検出することにより前記固体電解質素子
    の温度を推定することで、前記固体電解質素子の温度を
    調整することを特徴とする請求項１または２に記載の内
    燃機関の排ガス浄化装置。
  4. 【請求項４】 前記温度調整手段は、排気温センサもし
    くは排気温と関連するパラメータの少なくともいずれか
    により、前記固体電解質素子の温度を調整するための熱
    量を決定することを特徴とする請求項１乃至３に記載の
    内燃機関の排ガス浄化装置。
  5. 【請求項５】 前記温度調整手段は、排気温と関連する
    パラメータにより、前記固体電解質素子の温度を調整す
    るための熱量を決定するものであり、前記排気温と関連
    するパラメータは、エンジン負荷、エンジン回転速度、
    吸入空気量、スロットル開度、燃料噴射量、エンジン暖
    機状態の少なくと一つであることを特徴とする請求項１
    乃至３に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
  6. 【請求項６】 前記運転状態検出手段は、前記空燃比検
    出手段が検出する排ガス成分と関連するパラメータを運
    転状態を検出するためのパラメータとすることを特徴と
    する請求項２に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
  7. 【請求項７】 前記空燃比検出手段が検出する排ガス成
    分と関連するパラメータとは、エンジン負荷、エンジン
    回転速度、吸入空気量、エンジン暖機状態、空燃比、燃
    料噴射量、触媒状態の少なくともいずれか一つであるこ
    とを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の排ガス浄化
    装置。
  8. 【請求項８】 前記触媒状態とは、触媒温度、触媒出ガ
    ス温度、触媒内の空燃比度合いの少なくともいずれか一
    つを含むことを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の
    排ガス浄化装置。
  9. 【請求項９】 前記優先度決定手段は、特定ガスの排出
    量の増加が推定される場合に、感度を優先させるガスと
    して前記増加が推定される特定ガスを設定することを特
    徴とする請求項１に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
  10. 【請求項１０】 前記優先度決定手段は、運転条件の変
    化に応じて排出量の増加が推定される特定ガスを推定す
    ることを特徴とする請求項９に記載の排ガス浄化装置。
  11. 【請求項１１】 前記運転条件の変化は、エンジン負荷
    に関連するパラメータが低負荷から高負荷への変化であ
    ることを特徴とする請求項１０に記載の排ガス浄化装
    置。
  12. 【請求項１２】 前記優先度決定手段は、空燃比の変化
    に応じて排出量の増加が推定される特定ガスを推定する
    ことを特徴とする請求項９乃至１１に記載の排ガス浄化
    装置。
  13. 【請求項１３】 前記温度調整手段は、低負荷時よりも
    高負荷時の方が前記固体電解質素子の温度が高くなる様
    に調整することを特徴とする請求項１乃至１２に記載の
    内燃機関の排ガス浄化装置。
  14. 【請求項１４】 内燃機関の排ガス通路に設けられた排
    ガス浄化用の触媒と、 前記触媒の上流側に設けられ、排ガス中の空燃比を検出
    する上流側空燃比センサと、 前記触媒の下流側に設けられ、排ガス中の空燃比を検出
    する下流側空燃比センサとを備え、 前記温度調整手段は、エンジン運転状態に応じて前記下
    流側空燃比センサの固体電解質素子の温度を調整するこ
    とを特徴する請求項２に記載の内燃機関の排ガス浄化装
    置。
  15. 【請求項１５】 内燃機関の排ガス通路に設けられた排
    ガス浄化用の触媒と、前記触媒の上流側に設けられ、排
    ガス中の空燃比を検出する上流側空燃比センサと、 前記触媒の下流側に設けられ、排ガス中の空燃比を検出
    する下流側空燃比センサとを備え、 前記温度調整手段は、優先度決定手段により優先された
    排ガス中の特定ガスに対する感度が向上するように前記
    下流側空燃比センサの固体電解質素子の温度を調整する
    ことを特徴する請求項１に記載の内燃機関の排ガス浄化
    装置。
  16. 【請求項１６】 前記温度調整手段は、エンジン負荷に
    関連するパラメータに基づき低負荷時よりも高負荷時な
    程、前記固体電解質素子の温度が高くなるように調整す
    ることを特徴する請求項１乃至１５に記載の内燃機関の
    排ガス浄化装置。
  17. 【請求項１７】 前記温度調整手段は、空燃比がリッチ
    な場合よりもリーンな場合の方が固体電解質素子の温度
    が高くなる様に調整することを特徴とする請求項１乃至
    １６に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
  18. 【請求項１８】 内燃機関の排ガス通路に設けられた排
    ガス浄化用の触媒と、 前記触媒の上流側に設けられ、排ガス中の空燃比を検出
    する上流側空燃比センサと、 前記触媒の下流側に設けられ、排ガス中の空燃比を検出
    する下流側空燃比センサとを備え、 前記温度調整手段は、前記触媒上流の空燃比に応じて前
    記固体電解質素子の温度を調整することを特徴する請求
    項１乃至１７に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
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