JP2009191692A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】触媒の上流側に上流側空燃比センサを、触媒の下流側に下流側空燃比センサを備えた内燃機関の空燃比制御装置において、還元成分の電極への吸着被毒による下流側空燃比センサの応答性の悪化を抑制し、該空燃比センサの出力を用いた空燃比制御を精度よく行う。
【解決手段】排気通路10に介装された触媒11と、触媒11の上流側に配設された上流側空燃比センサ12と、触媒11の下流側に配設された下流側空燃比センサ13と、を含んで構成され、上流側空燃比センサ12及び下流側空燃比センサ13の少なくとも一方の出力に基づいて空燃比を制御する構成において、下流側空燃比センサ11の出力が理論空燃比よりもわずかにリーン側の空燃比に相当する第１閾値を下回らない状態が継続しその継続時間が所定時間以上となった場合に空燃比を一時的にリーンにする空燃比リーン化制御を実行する。
【選択図】図１

Description

本発明は、触媒の上流側及び下流側にそれぞれ空燃比センサを備えた内燃機関の空燃比制御装置に関する。

特許文献１には、触媒の上流側に設けた空燃比センサの出力に基づいて機関の空燃比を目標空燃比（理論空燃比）に制御するフィードバック制御すると共に、触媒の下流側に設けた酸素センサの出力と理論空燃比相当の基準値との偏差から空燃比センサの出力補正量を算出し、この補正量で空燃比センサの出力を補正する、内燃機関の空燃比制御装置が記載されている。この特許文献１に記載の装置は、空燃比センサの出力ずれ等を修正して空燃比制御の精度を向上しようとするものである。
特開平７−１９７８３７号公報

ところで、酸素センサとしては従来からジルコニアタイプのものが知られており、一般に、固体電解質であるジルコニア管の内側に大気を導くと共に、外側を排気と接触させるようにし、ジルコニア管の内外の酸素濃度差によって生じる起電力（電圧）を白金電極によって取り出すように構成される。

しかし、この種の酸素センサは、リッチ雰囲気化に置かれた状態がある時間以上継続すると、その白金電極にＨＣ、ＣＯ等の還元成分による吸着被毒が起こり、その後の酸素濃度の変化に正常に追従できなくなる（応答性が悪化する）。

特許文献１に記載の装置では、比較的高い精度で空燃比をほぼ理論空燃比に制御することができると考えられるものの、通常は所定のヒステリシス幅を有しているため、厳密には排気空燃比が理論空燃比よりもわずかにリッチな状態や理論空燃比よりもわずかにリーンな状態も含まれることになる。そのため、排気空燃比が理論空燃比よりもわずかにリッチなスライトリッチ状態が継続することによって還元成分による吸着被毒が起こり、空燃比制御の精度が低下して排気エミッションの悪化を招くおそれがある。

そこで、本発明は、触媒の上流側に上流側空燃比センサを、触媒の下流側に下流側空燃比センサをそれぞれ備えた内燃機関の空燃比制御装置において、還元成分の電極への吸着被毒による下流側空燃比センサの応答性の悪化を抑制し、該空燃比センサの出力を用いた空燃比制御を精度よく行うことを目的とする。

そのため、本発明は、触媒の上流側に上流側空燃比センサを、触媒の下流側に下流側空燃比センサをそれぞれ備えた内燃機関の空燃比制御装置において、下流側空燃比センサの出力が理論空燃比よりもわずかにリーン側の空燃比に相当する第１閾値を下回らない状態が所定時間以上継続した場合には空燃比を一時的にリーンにする空燃比リーン化制御を実行することを特徴とする。

また、下流側空燃比センサが理論空燃比よりもわずかにリーン側の空燃比に相当する第１閾値を下回らない状態が継続し、その継続中の累積空気量が所定値以上となった場合には空燃比を一時的にリーンにする空燃比リーン化制御を実行することを特徴とする。

本発明によると、下流側空燃比センサがスライトリッチ状態に継続しておかれていたおそれがある場合に空燃比を一時的にリーンにする空燃比リーン化制御を実行するので、排気中の還元成分による下流側空燃比センサの電極への吸着被毒が抑制され、下流側空燃比センサの応答性の低下、ひいては、空燃比制御の精度の悪化を防止することができる。

以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態を示す内燃機関（エンジン）のシステム図である。
エンジン１の各気筒の燃焼室２はピストン３により画成される。燃焼室２の上方ほぼ中央部には燃焼室２内の混合気を点火する点火栓４が設けられており、この点火栓４を囲むようにして吸気弁５及び排気弁６が設けられている。

吸気通路７には吸気マニホールドの上流側にスロットル弁８が設けられており、また、吸気マニホールドの各ブランチ部（シリンダヘッド側の吸気ポートを臨む位置）には、各気筒毎に電磁式の燃料噴射弁９が設けられている。燃料噴射弁９は吸気弁５の弁傘部に向けて燃料を噴射する。噴射された燃料は吸入空気（新気）と混合され、吸気弁５を介して燃焼室２内に吸入される。

燃焼排気は排気弁６を介して排気通路10に排出される。排気通路10には排気浄化触媒11が設けられている。
排気浄化触媒11は、酸素貯蔵能力を有する三元触媒であり、排気中のＣＯ及びＨＣを酸化処理しＮＯｘを還元処理して無害化する。排気浄化触媒11による浄化性能は、排気空燃比が理論空燃比であるときに最も高く、排気空燃比がリーンであると還元作用が不活発となり、排気空燃比がリッチであると酸化作用は不活発になる。但し、排気浄化触媒（三元触媒）11の酸素貯蔵量は所定範囲（最大貯蔵量の半分程度）に維持され、排気空燃比が一時的にリッチになったような場合にはそれまでに貯蔵されていた酸素を使用し、逆に、排気空燃比が一時的にリーンになったような場合には余分な酸素を貯蔵することで、空燃比にかかわらず排気浄化性能を発揮できるようになっている。

また、排気浄化触媒11の上流側、下流側には、それぞれ排気空燃比に応じた出力を発生する空燃比センサが設けられている。上流側の空燃比センサは、排気空燃比に応じてリニアに出力が変化するリニア空燃比センサ12であり、下流側の空燃比センサは、理論空燃比近傍で出力が急変する酸素センサ13である。

リニア空燃比センサ12および酸素センサ13は、その検出部が排気通路10内に突出して設けられる。両センサの構造は類似しており、図２にその要部を示すように、検出素子（センサ素子）100と、検出素子100の内側に配置されるヒータ101と、検出素子100の外側に配置されるプロテクタ102とを含んで構成される。以下の説明では、リニア空燃比センサ12の構成要素ついては符号に「ａ」を付し、酸素センサ13の構成要素については符号に「ｂ」を付すことにする。

検出素子（センサ素子）100は、排気中の酸素濃度に感応して所定の出力を発生する。リニア空燃比センサ12の検出素子100ａは、ジルコニア固体電解質の酸素ポンプ機能を利用するものであり、排気中の酸素濃度（排気空燃比）に応じてリニアに変化する出力を発生する。一方、酸素センサ13の検出素子100ｂは、ジルコニア固体電解質の酸素濃淡電池機能を利用するものであり、排気空燃比が理論空燃比よりもリッチのときに起電力を発生するが、理論空燃比よりもリーンのときにはほとんど起電力を発生せず、理論空燃比を境にＯＮ・ＯＦＦ的に切り替わる出力を発生する。より具体的には、ジルコニア管の内側に大気を導くと共に外側を排気と接触させるようにし、ジルコニア管の内外の酸素濃度差によって生じる起電力を白金電極（図示省略）によって取り出すように構成される。

ヒータ101は、後述するＥＣＵ20からの駆動信号によって通電されて発熱し、検出素子100を加熱する。例えば、エンジン始動時において、リニア空燃比センサ12のヒータ101ａは検出素子100ａを加熱し、その温度を所定の作動温度（例えば700℃）まで昇温させて活性化させ、酸素センサ13のヒータ101ｂは検出素子100ｂを加熱し、その温度を所定の作動温度（例えば300℃）まで昇温させて活性化させる。従って、ＥＣＵ20が本発明の「ヒータ通電手段」としての機能を有する。

プロテクタ102は、検出素子100を取り囲むように設けられ、検出素子100の被水等を低減（防止）して検出素子100を保護する。プロテクタ102には多数の通気孔103が形成され、この通気孔103を通過した排気が検出素子100に接触するようになっている。

図１に戻って、ＥＣＵ20は、各種センサから出力される検出信号を入力し、これら検出信号に基づいてエンジン制御を実行する。特に、本実施形態においては、リニア空燃比センサ12及び酸素センサ13の少なくとも一方の出力に基づいて燃料噴射量を決定し、空燃比を目標空燃比に制御するフィードバック制御を実行する。すなわち、エンジン始動直後の酸素センサ13の活性化後においては該酸素センサ13の出力に基づく空燃比フィードバック制御を実行し、その後にリニア空燃比センサ12が活性化すると、リニア空燃比センサ12及び酸素センサ12の出力に基づく空燃比フィードバック制御を実行する。

なお、上記各種センサとしては、リニア空燃比センサ12、酸素センサ13の他にも、エンジン回転に同期してクランク角信号を出力しこれによりクランク角位置と共にエンジン回転速度Ｎｅを検出可能なクランク角センサ14、スロット弁８の上流側で吸入空気量Ｑを検出するエアフローメータ15、エンジン冷却水温度Ｔｗを検出する水温センサ16、排気浄化触媒11の温度ＴＣＡＴを検出する触媒温度センサ17などが設けられている。

次に、ＥＣＵ20によって実行されるリニア空燃比センサ12及び酸素センサ13の出力に基づく空燃比制御の第１実施形態について説明する。
本実施形態においては、リニア空燃比センサ12の出力に基づいて空燃比を目標空燃比（通常は理論空燃比）にフィードバック制御することを基本としつつ、酸素センサ13の出力が理論空燃比相当の基準出力範囲内にないときは、該基準出力範囲からのずれ（偏差）に基づいて補正量を算出し、この算出した補正量に基づいて、リニア空燃比センサ12の出力に基づく空燃比フィードバック制御を補正する。

また、リニア空燃比センサ及び酸素センサの出力に基づく空燃比フィードバック制御中に、酸素センサ13が所定時間以上継続してリッチ雰囲気化（具体的には理論空燃比よりもわずかにリッチな状態を対象としており、以下「スライトリッチ状態」という）にあったおそれがある場合には、排気中の還元成分（ＨＣ、ＣＯ）による酸素センサ13の白金電極への吸着被毒が起こったとみなし、空燃比を一時的にリーンにするリーンスパイク制御（本発明の「空燃比リーン化制御」に相当する）を行い、酸素センサ13を酸素濃度が高い雰囲気化におくようにして酸素センサ13の白金電極の吸着した還元成分（ＨＣ、ＣＯ等）の酸化除去を行う。

図３は、空燃比フィードバック制御ルーチンのフローチャートである。本フローは、空燃比フィードバック制御の実行条件が成立すると開始され、所定時間毎に実行される。ここで、空燃比フィードバック制御の実行条件としては、例えば、冷却水温度Ｔｗが所定温度（例えば80℃）以上であること、リニア空燃比センサ12及び酸素センサ13が活性化していること、燃料カット中でないこと、始動後増量やＫＭＲ増量が行われていないことである。なお、ＫＭＲ増量とは、エンジンや触媒等を熱負荷から保護するために空燃比を理論空燃比よりもリッチ側となるように行う燃料増量のことである。

図３において、ステップＳ１では、酸素センサ13の出力ＶＯ２（mV）が基準出力範囲内にあるか否かを判定する。この基準出力範囲は、理論空燃比に相当する値（例えば630mV）よりもわずかにリーン側のリーン側基準出力ＶＬ_ＳＴ（例えば600mV）と、理論空燃比に相当する値よりもわずかにリッチ側のリッチ側基準出力ＶＲ_ＳＴ（例えば660mV）とによって設定され、酸素センサ13の出力ＶＯ２が基準出力範囲内（すなわち、600〜660mV）にあれば、（排気浄化触媒11の下流側の）排気空燃比がほぼ理論空燃比となっていると判定される。このため、酸素センサ13の出力ＶＯ２が基準出力範囲内にあっても、厳密に排気空燃比が理論空燃比となっているとは限らず、実際には排気空燃比がスライトリッチ状態となっている可能性がある。

そして、ＶＯ２＜ＶＬ_ＳＴ又はＶＲ_ＳＴ＜ＶＯ２であって、酸素センサ13の出力ＶＯ２が基準出力範囲内にない場合にはステップＳ２に進む。
ステップＳ２では、吸入空気量Ｑ及びエンジン回転速度Ｎｅに基づいて基本燃料噴射量Ｔｐ＝Ｋ・Ｑａ／Ｎｅ（Ｋは定数）を算出する。ここで算出される、ＴＰは空燃比を理論空燃比にするのに必要な燃料噴射量を表している。

ステップＳ３では、リニア空燃比センサ12の出力に基づく空燃比フィードバック制御を補正するための補正量（Ａ／Ｆシフト補正係数）ＡＦＳＦＴを算出する。このＡ／Ｆシフト補正係数ＡＦＳＦＴによって排気浄化触媒11の下流側の排気空燃比がほぼ理論空燃比に制御されることになる。かかるＡ／Ｆシフト補正係数ＡＦＳＦＴの算出は、例えば図４のサブルーチンによって行われる。

図４のサブルーチンは、酸素センサ13の出力ＶＯ２が基準出力範囲内にない場合に実行される。まず、酸素センサ13の出力ＶＯ２の基準出力範囲からのズレ量を出力偏差ΔＱとして算出する（ステップＳ２１）。具体的には、酸素センサ13の出力ＶＯ２に基づいて図５に示すようなテーブルを参照して出力偏差ΔＱを算出する。図５に示すように、ＶＯ２＜ＶＬ_ＳＴの場合にはリーン側基準出力ＶＬ_ＳＴを基準とした出力偏差ΔＱ（「負」の値）が算出され、ＶＯ２が小さいほど（排気空燃比がリーンであるほど）ΔＱは小さい値になる。一方、ＶＲ_ＳＴ＜ＶＯ２の場合にはリッチ側基準出力ＶＲ_ＳＴを基準とした出力偏差ΔＱ（「正」の値）が算出され、ＶＯ２が大きいほど（排気空燃比がリッチであるほど）ΔＱは大きな値になる。そして、この算出された偏差ΔＱに基づき、図６に示すテーブルを参照してＡ／Ｆシフト補正係数ＡＦＳＦＴを算出する（ステップＳ２２）。

図３に戻って、ステップＳ４では、目標空燃比ＴＡＢＹＦを算出する。具体的には、エンジン運転状態（エンジン回転速度Ｎｅ、エンジン負荷等）に基づいて設定される基本目標空燃比（マップ参照値）を上記ステップＳ３で算出されたＡ／Ｆシフト補正係数ＡＦＳＦＴで補正して算出する。本実施形態では、目標空燃比比ＴＡＢＹＦ＝基本目標空燃比×ＡＦＳＦＴとして算出する。なお、この目標空燃比ＴＡＢＹＦには、排気浄化触媒11の酸素貯蔵量を所定範囲とするために、理論空燃比よりもわずかにリッチ側又はリーン側に設定されるものも含まれるものとする。

ステップＳ５では、ステップＳ４で算出した目標空燃比ＴＡＢＹＦとリニア空燃比センサ12の出力から求めた実際の空燃比ＲＡＢＹＦとの偏差に基づいて、公知の手法（例えばＰＩＤ制御）によって空燃比フィードバック補正係数αを算出する。

ステップＳ６では、最終的な燃料噴射量Ｔｉを次式により算出し、この算出したＴｉに相当するパルス幅の駆動パルス信号を所定のタイミングで燃料噴射弁９に出力する。
Ｔｉ＝Ｔｐ×（理論空燃比／目標空燃比ＴＡＢＹＦ）×α×ＣＯＲＦ（ＣＯＥＦは各種補正係数）
一方、ステップＳ１において、酸素センサ13の出力ＶＯ２が基準出力範囲内にある場合、すなわち、ＶＬ_ＳＴ≦ＶＯ２≦ＶＲ_ＳＴの場合は、ステップＳ７に進む。

ステップＳ７では、ＶＬ_ＳＴ≦ＶＯ２の状態が継続しているか否かを判定する。ＶＬ_ＳＴ≦ＶＯ２の状態が継続していればステップＳ８に進み、それ以外の場合、すなわち、ＶＬ_ＳＴ≦ＶＯ２≦ＶＲ_ＳＴとなったものの、その後、酸素センサ13の出力ＶＯ２がリーン側基準出力ＶＬ_ＳＴよりも小さくなった場合にはその時点でステップＳ２に進む。

ステップＳ８では、ＶＬ_ＳＴ≦ＶＯ２の状態が所定時間Ｔｓ以上継続したか否かを判定する。この所定時間Ｔｓは、任意に設定することができるが、所定のスライトリッチ状態（例えばリッチ側基準出力ＶＲ_ＳＴ相当の空燃比）が継続したときに、白金電極への還元成分の吸着被毒によって酸素センサ13の応答性の低下が発生するおそれのある時間（継続時間）が設定される。

そして、ＶＬ_ＳＴ≦ＶＯ２の状態が所定時間Ｔｓ以上継続した場合にはステップＳ８に進み、所定時間Ｔｓが経過していなければステップＳ７に戻る。
ＶＬ_ＳＴ≦ＶＯ２≦ＶＲ_ＳＴの場合には、制御上は排気浄化触媒11の下流側の排気空燃比が理論空燃比相当の状態にあると言える。しかし、この理論空燃比相当の状態には、厳密には理論空燃比よりもわずかにリッチなスライトリッチ状態や理論空燃比よりもわずかにリーンなスライトリーン状態が含まれることになる。さらに、酸素センサ13の経時変化やバラツキ等を考慮すれば、ＶＬ_ＳＴ≦ＶＯ２の状態が、実際にはスライトリッチ状態となっている場合もあり得る。そして、かりにスライトリッチ状態となっていた場合には、その状態が継続すると排気中の還元成分による白金電極への吸着被毒が起こり、酸素センサ13の応答性の低下を招くことになる。酸素センサ13の出力からスライトリッチ状態のみを正確に判別することができればよいのであるが、実際には非常に困難である。

そこで、本実施形態では、最悪の場合を想定し、ステップＳ７において「ＹＥＳ」の場合にはスライトリッチ状態が継続し（その後さらにリッチとなった場合を含む）、酸素センサ13の白金電極へ還元成分による吸着被毒が起こったものとして、後述するステップＳ９〜Ｓ１３によって白金電極に吸着した還元成分を除去するため除去処理を実行するようにしている。かかる除去処理は、白金電極の加熱及び空燃比を一時的にリーンにするリーンスパイク制御の実行により行う。

なお、酸素センサ13の検出精度が非常に高い場合には、ステップＳ７において、リーン側基準出力ＶＬ_ＳＴに代えて理論空燃比相当の出力を用いることで、スライトリッチ状態が所定時間Ｔｓ以上継続したか否かを判定するようにしてもよい。

ステップＳ９では、排気浄化触媒11が活性化しているか否かを判定する。排気浄化触媒11が活性化しているときにリーンスパイク制御を実行することで、該リーンスパイク制御に伴う排気エミッションの大幅な悪化を抑制するためである。排気浄化触媒11の温度ＴＣＡＴが所定の活性温度ＴＡＣ以上であれば排気浄化触媒11は活性化していると判定する。ＴＡＣ≦ＴＣＡＴであればステップＳ１０に進み、ＴＡＣ＞ＴＣＡＴであればステップＳ７に戻る。

ステップＳ１０では、酸素センサ13のヒータ1O1ｂへの通電を行う。白金電極を高温にすることで吸着した還元成分の脱離反応を促進させるためである。これにより、リーンスパイク制御による酸化除去を容易に行うことができる。但し、このステップＳ１０は必須ではなく、省略することも可能である。

ステップＳ１１では、燃料噴射量を一時的に減量する（停止する場合も含む）等して空燃比を一時的にリーンにするリーンスパイク制御を実行する。酸素センサ13への酸素供給量を増大させて、白金電極に吸着した還元成分を酸化除去するためである。

但し、排気浄化触媒11は活性しているため（すなわち、排気浄化触媒11の酸素貯蔵能力によって）、リーンスパイク制御を実行しても酸素センサ13に供給される排気が直ちにリーン（酸素過剰状態）とはならない。一方、排気浄化触媒11の酸素貯蔵能力を考慮して空燃比をリーンとし過ぎたり、リーンとする時間を長くしたりすると、排気エミッションが大きく悪化してしまうおそれがある。

そこで、リーンスパイク制御における目標空燃比（リーン空燃比）及び実行時間を一定とすると共に、ステップＳ１２において酸素センサ13の出力ＶＯ２がリーン側基準出力ＶＬ_ＳＴよりも小さい（リーン側の）値であるリーンスパイク終了判定値ＶＬ_ＴＨとなったか否かを判定し、ＶＯ２≦ＶＬ_ＴＨとなるまでリーンスパイク制御を繰り返すようにする。これにより、酸素センサ13に十分な酸素を供給して白金電極に吸着した還元成分の酸化除去を可能としつつ、排気エミッションの悪化を抑制することができる。そして、ＶＯ２≦ＶＬ_ＴＨとなったら、還元成分の酸化除去が終了した判定し、ステップＳ１３に進んで還元成分の除去処理（すなわち、ヒータ通電及びリーンスパイク制御）を終了する。

図７は、上記空燃比制御のタイムチャートを示している。
リニア空燃比センサ12及び酸素センサ13に出力に基づく空燃比フィードバック制御の実行中は、酸素センサ13の出力ＶＯ２が基準出力範囲（リーン側基準出力ＶＬ_ＳＴ〜リッチ側基準出力ＶＲ_ＳＴ）を外れると、基準出力範囲内となるようにリニア空燃比センサ12の出力に基づく空燃比フィードバックが補正される。

酸素センサ13の出力ＶＯ２が基準出力範囲内になるとタイマがＯＮされて時間計測が開始される（時刻ｔ１）。その後、エンジン運転状態の急変等によって酸素センサ13の出力ＶＯ２がリーン側基準出力ＶＬ_ＳＴを下回ると、タイマをＯＦＦとしてそれまでに計測した時間をキャンセルする（時刻ｔ２）。この場合、酸素センサ13の出力ＶＯ２に基づいてリニア空燃比センサ12の出力に基づく空燃比フィードバックが補正される。

さらにその後、酸素センサ13の出力ＶＯ２が基準出力範囲内になると、再びタイマがＯＮされて時間計測が開始される（時刻ｔ３）。そして、酸素センサ13の出力ＶＯ２がリーン側基準出力ＶＬ_ＳＴを下回らない状態が所定時間Ｔｓ以上継続すると（時刻ｔ４）、酸素センサ13のヒータ101ｂへの通電が行われて白金電極が加熱されると共に、空燃比を一時的にリーンとするリーンスパイク制御が実行される。このとき、破線で示すようにヒータ通電とリーンスパイク制御とを同時に開始してもよいが、実線で示すようにリーンスパイク制御を所定時間（ｔｄ）だけ遅れて開始するのが好ましい。ヒータ通電（白金電極の加熱）によって還元成分の脱離が促進されるため、リーンスパイク制御の回数（リーン時間）を少なくでき、排気エミッションの悪化を抑制できるからである。そして、リーンスパイク制御は、酸素センサ13の出力ＶＯ２がリーンスパイク終了判定値ＶＬ_ＴＨ以下となるまで所定の間隔をもって繰り返され、酸素センサ13の出力ＶＯ２がリーンスパイク終了判定値ＶＬ_ＴＨ以下となると、酸素センサ13のヒータ101ｂへの通電及びリーンスパイク制御を終了する（時刻ｔ５）。

以上説明した実施形態では、酸素センサ13の出力ＶＯ２がリーン側基準出力ＶＬ_ＳＴを下回らない状態が所定時間Ｔｓ以上継続した場合には、酸素センサ13がスライトリッチ状態に継続しておかれていたおそれがあると判断し、空燃比を一時的にリーン化するリーンスパイク制御を実行する。これにより、酸素センサ13の白金電極への排気中の還元成分（ＨＣ、ＣＯ）による吸着被毒が起こっていた場合であっても、白金電極に吸着した還元成分を酸化除去することができ、酸素センサ13の応答性の低下を抑制することができる。

ここで、リーンスパイク制御は酸素センサ13の出力ＶＯ２がリーン側基準出力ＶＬ_ＳＴよりもリーン側のリーンスパイク終了判定値ＶＬ_ＴＨ以下となるまで繰り返して行うことにより、白金電極に吸着した還元成分の酸化除去を確実に行いつつ、過剰なリーン化を防止して排気エミッションの悪化を抑制することができる。

また、リーンスパイク制御に先立って又はリーンスパイク制御に併せて酸素センサ13のヒータ101ｂへの通電を行うことにより、白金電極が加熱されて該白金電極に吸着した還元成分の脱離反応が促進されるので、吸着した還元成分の酸化除去をより効率的に行うことができる。これにより、排気空燃比をリーンとする状態（時間）を抑えることができ、排気エミッションの悪化をさらに抑制することができる。なお、白金電極の温度が上昇するまでにはある程度時間がかかるため、ヒータ101ｂへの通電がリーンスパイク制御に先立って行うのが好ましい。

次に、リニア空燃比センサ12及び酸素センサ13の出力に基づく空燃比制御の第２実施形態について説明する。
上記第１実施形態では、酸素センサ13の出力ＶＯ２がリーン側基準出力ＶＬ_ＳＴを下回らない状態（すなわち、ＶＬ_ＳＴ≦ＶＯ２の状態）が所定時間Ｔｓ以上継続した場合にリーンスパイク制御を実行しているが、本実施形態では、酸素センサ13の出力ＶＯ２がリーン側基準出力ＶＬ_ＳＴを下回らない状態（すなわち、ＶＬ_ＳＴ≦ＶＯ２の状態）が継続し、継続中の累積排気ガス量（累積空気量）が所定値以上となった場合に、リーンスパイク制御を実行する。

また、リーンスパイク制御の目標（リーン）空燃比を排気量及び排気浄化触媒11の酸素貯蔵量を考慮して設定する。
図８は、第２実施形態に係る空燃比制御のフローチャートである。

図８において、ステップＳ３１〜Ｓ３６、Ｓ４５は第１実施形態（図３）のステップＳ１〜Ｓ６、Ｓ１３と同じでので、これらの説明については省略する。
ステップＳ３７では、ＶＬ_ＳＴ≦ＶＯ２≦ＶＲ_ＳＴとなってからの累積空気量ΣＱを算出する。かかる累積空気量ΣＱの算出は、エアフローメータ15によって検出される吸入空気量Ｑを積算することにより行う。

ステップＳ３８では、ＶＬ_ＳＴ≦ＶＯ２の状態が継続しているか否かを判定する。ＶＬ_ＳＴ≦ＶＯ２の状態が継続していればステップＳ３９に進み、それ以外の場合、すなわち、酸素センサ13の出力ＶＯ２がリーン側基準出力ＶＬ_ＳＴよりも小さくなった場合にはその時点でステップＳ３２に進む。

ステップＳ３９では、累積空気量ΣＱが所定値Ｑ_ＴＨ以上となったか否かを判定する。そして、Ｑ_ＴＨ≦ΣＱとなればステップＳ４０に進み、ΣＱ＜Ｑ_ＴＨであればステップＳ３７に戻る。

同じスライトリッチ状態であったとしても、排気量が多いほうがそれだけ多くの還元成分を含んでいることから、酸素センサ13の白金電極の吸着被毒の程度が悪くなると考えられる。そこで、本実施形態では、酸素センサ13の出力ＶＯ２がリーン側基準出力ＶＬ_ＳＴを下回らない状態（すなわち、ＶＬ_ＳＴ≦ＶＯ２の状態）が継続していること、その状態における累積空気量ΣＱが所定値Ｑ_ＴＨ以上であることを、リーンスパイク制御を実行条件としている。

ステップＳ４０では、排気浄化触媒11が活性化しているか否かを判定する。排気浄化触媒11の温度ＴＣＡＴが所定の活性温度ＴＡＣ以上であれば排気浄化触媒11は活性化していると判定する。ＴＡＣ≦ＴＣＡＴであればステップＳ４１に進み、ＴＡＣ＞ＴＣＡＴであればステップＳ３７に戻る。

ステップＳ４１では、図３のステップＳ１０と同様、酸素センサ13のヒータ1O1ｂへの通電を行う。但し、このステップＳ４１も必須ではなく、省略することも可能である。
ステップＳ４２では、リーンスパイク制御の目標空燃比（リーン空燃比）を設定する。この目標空燃比は、排気浄化触媒11の酸素貯蔵能力を考慮した上で、酸素センサ13に所定量の酸素を供給できるように設定される。かかる目標空燃比の設定は、排気浄化触媒11の最大酸素貯蔵量、現在の酸素貯蔵量及び現在の排気ガス量（吸入空気量Ｑ）に基づいて行う。具体的には、排気浄化触媒11の温度に基づいて最大酸素貯蔵量を算出し、この最大酸素貯蔵量から現在の酸素貯蔵量を減算して排気浄化触媒11の貯蔵可能酸素量を算出する。そして、この貯蔵可能酸素量に所定の酸素付加量（酸素センサ13に供給する酸素量に相当する）を加算して目標酸素量を算出し、この目標酸素量と現在の排気ガス量とから目標空燃比を算出する。

なお、排気浄化触媒11の酸素貯蔵量や最大酸素貯蔵量の算出については従来から多くの方法が提案されており（特開２００２−１１５５９０号公報等参照）、ここでの詳細な説明は省略する。また、所定の酸素付加量は任意に設定することができるが、１回目の酸素付加量としては、所定のスライトリッチ状態（例えばリッチ側基準出力ＶＲ_ＳＴ相当の空燃比）が継続し、かつ累積空気量が上記所定値ＱＴＨとなったときに酸素センサ13の白金電極に吸着している還元成分を酸化できる程度の量とするのが好ましい。

ステップＳ４３では、ステップＳ４０で設定された目標空燃比に基づいてリーンスパイク制御を実行する。
そして、ステップＳ４４において、酸素センサ13の出力ＶＯ２がリーンスパイク終了判定値ＶＬ_ＴＨ以下となったか否かを判定し、ＶＯ２≦ＶＬ_ＴＨとなるまでステップＳ４２、Ｓ４３によるリーンスパイク制御を繰り返す。ＶＯ２≦ＶＬ_ＴＨとなったらステップＳ４５に進む。なお、リーンスパイク制御を繰り返す際には、ステップＳ４２において上記所定の酸素付加量をリーンスパイク制御の実行回数に応じて減少させていく（すなわち、１回目のリーンスパイク制御時の酸素付加量よりも２回目のリーンスパイク制御時の酸素付加量を少なくとする）のが好ましい。リーンスパイク制御に伴う排気エミッションの悪化を抑制するためである。

本実施形態によれば、上記第１実施形態の有する効果に加えて更に次のような効果を有する。酸素センサ13の白金電極の吸着被毒の程度がほぼ一定の状態となった考えられるときにリーンスパイク制御を実行するので、エンジン運転状態に応じてリーンスパイク制御の実行頻度が調整され、リーンスパイク制御に伴う排気エミッションの悪化を効果的に抑制することができる。

また、リーンスパイク制御の目標空燃比を、排気浄化触媒11の最大酸素貯蔵量、酸素貯蔵量及び排気ガス量（吸入空気量Ｑ）に基づいて行うので、リーンスパイク制御の実行によって酸素センサ13に確実に酸素を供給することができ、酸素センサ13の白金電極に吸着している還元成分の酸化除去をより速やかに行うことができる。

なお、上記第１、第２実施形態では、上流側空燃比センサとしてリニア空燃比センサ12を用い下流側空燃比センサとして酸素センサ13を用いているが、かかる構成に限定するものではなく、上流側空燃比センサ及び下流側空燃比センサをともにリニア空燃比センサ12とし、又は、酸素センサ13とした構成に適用してもよいことはもちろんである。リニア空燃比センサにおいても白金電極を用いているものがあり、排気中の還元成分の吸着被毒によって応答性が低下するおそれがあるからである。ここで、下流側空燃比センサをリニア空燃比センサ12とした場合には、図３のステップＳ１及び図８のステップＳ２１において、リニア空燃比センサ12の出力ＶＯ_Ａ／Ｆが、理論空燃比に相当する値よりもわずかにリーン側のリーン側基準出力ＶＬ_ＳＴとなったか否かを判定するようにするのが好ましい。

また、上記第１実施形態において上記第２実施形態と同様に目標空燃比（リーン空燃比）を設定してリーンスパイク制御を実行するようにしてもよく、上記第２実施形態において上記第１実施形態と同様に一定のリーンスパイク制御を実行するようにしてもよい。

本発明の実施形態に係る内燃機関のシステム構成図である。 リニア空燃比センサ、酸素濃度センサの要部を示す図である。 第１実施形態に係る空燃比制御のフローチャートである。 Ａ／Ｆシフト補正係数ＡＦＳＦＴの算出のフローチャートである。 酸素センサの出力の基準出力範囲からのズレ量（出力偏差）を算出するためのテーブル例である。 Ａ／Ｆシフト補正係数ＡＦＳＦＴを算出するためのテーブル例である。 第１実施形態のタイムチャートである。 第２実施形態に係る空燃比制御のフローチャートである。

符号の説明

１…内燃機関（エンジン）、10…排気通路、11…排気浄化触媒、12…リニア空燃比センサ（上流側空燃比センサ）、13…酸素センサ（下流側空燃比センサ）、14…クランク角センサ、15…エアフローメータ、16…水温センサ、17…触媒温度センサ、20…ＥＣＵ、100…検出（センサ）素子、101…ヒータ

Claims (8)

1. 機関の排気通路に介装された触媒と、
   前記触媒の上流側に配設され、排気空燃比に応じた出力を発生する上流側空燃比センサと、
   前記触媒の下流側に配設され、排気空燃比に応じた出力を発生する下流側空燃比センサと、を含んで構成され、前記上流側空燃比センサ及び前記下流側空燃比センサの少なくとも一方の出力に基づいて空燃比を制御する内燃機関の空燃比制御装置であって、
   前記下流側空燃比センサの出力が理論空燃比よりもわずかにリーン側の空燃比に相当する第１閾値を下回らない状態が継続し、その継続時間が所定時間以上となった場合に空燃比を一時的にリーンにする空燃比リーン化制御を実行することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
2. 機関の排気通路に介装された触媒と、
   機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
   前記触媒の上流側に配設され、排気空燃比に応じた出力を発生する上流側空燃比センサと、
   前記触媒の下流側に配設され、排気空燃比に応じた出力を発生する下流側空燃比センサと、を含んで構成され、前記上流側空燃比センサ及び前記下流側空燃比センサの少なくとも一方の出力に基づいて空燃比を制御する内燃機関の空燃比制御装置であって、
   前記下流側空燃比センサの出力が理論空燃比よりもわずかにリーン側の空燃比に相当する第１閾値を下回らない状態が継続し、その継続中の累積空気量が所定値以上となった場合に空燃比を一時的にリーンにする空燃比リーン化制御を実行することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
3. 前記上流側空燃比センサは、排気空燃比に応じて出力がリニアに変化するリニア空燃比センサであり、
   前記下流側空燃比センサは、理論空燃比近傍で出力が急変する酸素センサであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の内燃機関の空燃比制御装置。
4. 前記下流側空燃比センサの出力が前記第１閾値よりもさらにリーン側の空燃比に相当する第２閾値以下となるまで前記空燃比リーン化制御を繰り返すことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関の空燃比制御装置。
5. 前記下流側センサの素子を加熱するヒータと、
   前記ヒータに通電を行って発熱させるヒータ通電手段と、を更に備え、
   前記空燃比リーン化制御を実行するとともに前記ヒータへの通電を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の内燃機関の空燃比制御装置。
6. 前記下流側空燃比センサの出力が前記第２閾値以下となるまで前記ヒータへの通電を行うことを特徴とする請求項５記載の内燃機関の空燃比制御装置。
7. 前記空燃比リーン化制御の開始に先立って前記ヒータへの通電を開始することを特徴とする請求項５又は請求項６記載の内燃機関の空燃比制御装置。
8. 前記酸素センサの出力が前記第１閾値を下回った場合又は前記酸素センサの出力が理論空燃比よりもわずかにリッチ側の空燃比に相当する第３閾値を上回った場合に、該酸素センサの出力に基づいて、前記リニア空燃比センサの出力に基づく空燃比制御を補正することを特徴とする請求項３〜７のいずれか１つに記載の内燃機関の空燃比制御装置。

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