JP2012077732A - 空燃比センサの出力補正装置 - Google Patents

Abstract

【課題】使用燃料のアルコール濃度の違いに起因する空燃比センサのセンサ出力のずれを補正すること。
【解決手段】エタノール含有燃料を使用燃料とするフレキシブル燃料内燃機関において、上流側触媒８の上流側の排気通路１２に配設された第１空燃比センサ８０Ａの出力電流を補正する空燃比センサの出力補正装置であって、排気通路１２には、第２空燃比センサ８０Ｂが配設され、第２空燃比センサ８０Ｂには、排気ガス中のＨ₂を浄化可能な触媒層９０が備えられている一方、第１空燃比センサ８０Ａには、そのような触媒層が備えられていない。
【選択図】図７

Description

本発明は、アルコール含有燃料を使用燃料とするフレキシブル燃料内燃機関における空燃比センサの出力補正装置に関する。

自動車用等の内燃機関として、アルコール（例えばメタノール、エタノールなど）含有燃料を使用燃料とするフレキシブル燃料内燃機関が知られている。この種のフレキシブル燃料内燃機関が搭載された車両は、一般にフレキシブル燃料自動車（ＦＦＶ：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｆｕｅｌ Ｖｅｈｉｃｌｅ）と呼ばれており、アルコール燃料を使用することによって、排気エミッションの改善および化石燃料の消費量削減といった環境性能の向上を図るようにしている。

フレキシブル燃料内燃機関では、ガソリン１００％の燃料、アルコールとガソリンとの混合燃料、またはアルコール１００％の燃料が使用可能となっている。アルコールの物性は、ガソリンとは異なるため、フレキシブル燃料内燃機関では、使用燃料に含まれるアルコールの濃度（アルコール含有率）に応じた燃料噴射制御や、点火時期制御等を行う必要がある。

従来では、フレキシブル燃料内燃機関において、フューエルカット終了後、空燃比（Ａ／Ｆ）センサおよびサブ酸素センサのいずれか一方のセンサの目標値と実測値との差を積算し、この積算量と予め算出されたアルコール濃度学習値の目標値と実測値との差に基づいて、使用燃料のアルコール濃度を推定することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−５２４７７号公報

ところで、使用燃料のアルコール濃度が異なれば、排気ガス中の可燃成分の成分比（濃度）が異なるものとなり、これに起因して空燃比センサのセンサ出力（出力電流）が変動する可能性がある。詳しくは、空燃比センサのセンサ出力としては、本来であれば排気ガス中のＯ₂の濃度（酸素濃度）に応じた出力電流（「本来の出力電流」と言う）が出力されるべきであるが、排気ガス中の可燃成分（例えば、Ｈ₂、ＣＯ、ＨＣ、Ｃ₃Ｈ₈など）の濃度の違いによって、本来の出力電流からリッチ側またはリーン側にずれた出力電流が出力される可能性がある。例えば、空燃比センサの出力電流は、排気ガス中のＨ₂の濃度（水素濃度）が増加すると、本来の出力電流よりもリッチ側にずれ、逆に、排気ガス中の水素濃度が減少すると、本来の出力電流よりもリーン側にずれる。

しかし、従来では、そのような空燃比センサの出力電流のずれ（本来の出力電流に対するずれ）は、考慮されていなかった。このため、例えば上述のようにずれた空燃比センサの出力電流に基づいて燃料噴射制御（空燃比フィードバック制御）を行うと、実空燃比が目標空燃比（例えば理論空燃比）からずれるという問題があった。

本発明は、上述のような問題点に鑑みてなされたものであり、使用燃料のアルコール濃度の違いに起因する空燃比センサのセンサ出力のずれを補正することを目的とする。

本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。すなわち、本発明は、アルコール含有燃料を使用燃料とする内燃機関において、触媒の上流側の排気通路に配設された空燃比センサのセンサ出力を補正する空燃比センサの出力補正装置であって、上記排気通路には、第２空燃比センサが配設され、上記第２空燃比センサには、排気ガス中のＨ₂を浄化可能な触媒層が備えられている一方、上記空燃比センサには、そのような触媒層が備えられていないことを特徴としている。なお、アルコール含有燃料は、ガソリン１００％の燃料、アルコールとガソリンとが混合された混合燃料、アルコール１００％の燃料を含む意味である。

より具体的には、上記両空燃比センサの出力電流の差に基づいて、排気ガス中の水素濃度を推定し、推定された排気ガス中の水素濃度に基づいて、上記空燃比センサの出力電流を補正することを特徴としている。

上記構成によれば、両空燃比センサの出力電流の差は、第２空燃比センサの触媒層によって排気ガス中のＨ₂が浄化されたことによる第２空燃比センサの出力電流の増大分となっている。両空燃比センサの出力電流の差は、排気ガス中の水素濃度が高くなるほど比例的に大きくなる。一方、使用燃料のアルコール濃度は、排気ガス中の水素濃度と相関のある量となっており、例えばエタノールの場合、使用燃料のエタノール濃度が大きくなるほど、排気ガス中の水素濃度が大きくなる。したがって、両空燃比センサの出力電流の差から推定された排気ガス中の水素濃度を用いることで、使用燃料のアルコール濃度の違いに起因する空燃比センサのセンサ出力のずれを補正することができる。

本発明において、上記推定された排気ガス中の水素濃度に基づいて、使用燃料のアルコール濃度を推定し、推定されたアルコール濃度を用いて、上記空燃比センサの排気ガス中の酸素濃度に基づく出力電流に対するずれ量を算出し、算出されたずれ量に応じて上記空燃比センサの出力電流を補正することが好ましい。

なお、使用燃料のアルコール濃度は、排気ガス中の水素濃度以外からも推定可能である。すなわち、上記空燃比センサは、第１の印加電圧が印加されたとき、排気ガス中の酸素濃度に応じた電流を出力するとともに、上記第１の印加電圧よりも高い第２の印加電圧が印加されたとき、排気ガスに含まれる水を分解するように構成されている。そして、上記空燃比センサに対し上記第２の印加電圧が印加されたときの第２の出力電流と、上記空燃比センサに対し上記第１の印加電圧が印加されたときの第１の出力電流との差に基づいて、使用燃料のアルコール濃度を推定する。この場合、上記両空燃比センサの出力電流の差から推定された排気ガス中の水素濃度、および、上記第１、第２の出力電流の差から推定されたアルコール濃度を用いて、上記空燃比センサの排気ガス中の酸素濃度に基づく出力電流に対するずれ量を算出し、算出されたずれ量に応じて上記空燃比センサの出力電流を補正することが可能である。

本発明において、上記推定されたアルコール濃度から、そのアルコール濃度における排気ガス中の可燃成分の濃度を求め、求められた排気ガス中の可燃成分の濃度を用いて上記空燃比センサの出力電流のずれ量を算出することが好ましい。

ここで、空燃比センサの出力電流のずれ量は、排気ガス中の可燃成分の濃度に応じて変化し、排気ガス中の可燃成分の濃度は、使用燃料のアルコール濃度に応じて変化する。上記構成では、使用燃料のアルコール濃度を推定して空燃比センサの出力電流のずれ量を算出するようにしている。したがって、使用燃料のアルコール濃度を推定することで、排気ガス中の可燃成分の濃度を正確に求めることができる。その結果、空燃比センサの出力電流のずれ量を算出することができ、そのずれ量に基づいて空燃比センサの出力電流を補正することができる。

本発明によれば、両空燃比センサの出力電流の差は、第２空燃比センサの触媒層によって排気ガス中のＨ₂が浄化されたことによる第２空燃比センサの出力電流の増大分となっている。両空燃比センサの出力電流の差は、排気ガス中の水素濃度が高くなるほど比例的に大きくなる。一方、使用燃料のアルコール濃度は、排気ガス中の水素濃度と相関のある量となっており、例えばエタノールの場合、使用燃料のエタノール濃度が大きくなるほど、排気ガス中の水素濃度が大きくなる。したがって、両空燃比センサの出力電流の差から推定された排気ガス中の水素濃度を用いることで、使用燃料のアルコール濃度の違いに起因する空燃比センサのセンサ出力のずれを補正することができる。

本発明を適用するエンジンの概略構成を模式的に示す図である。 図１のエンジンの１気筒のみを模式的に示す図である。 エンジンの制御系の構成を示すブロック図である。 第１空燃比センサの概略構成を示す断面図である。 第１空燃比センサの電圧−電流特性を示す図である。 第２空燃比センサの概略構成を示す断面図である。 第１空燃比センサの出力補正制御の一例を示すフローチャートである。 排気ガス中の水素濃度に対する第１、第２空燃比センサの限界電流域の出力電流の特性を示す図である。 排気ガス中の各可燃成分の分子量、酸素当量比などを示す表である。 排気ガス中の各可燃成分の分子量と酸素当量比との関係を示す図である。 第１空燃比センサの出力補正制御の変形例を示すフローチャートである。

本発明を具体化した実施形態について添付図面を参照しながら説明する。

−エンジン−
まず、フレキシブル燃料内燃機関（単に「エンジン」とも言う。）の概略構成について、図１、図２を参照して説明する。なお、図２では、エンジンの１気筒の構成のみを示している。

図１、図２に示すように、エンジン１は、ＦＦＶに搭載されるポート噴射式４気筒エンジンであって、エタノール含有燃料が使用燃料とされている。ここで、エタノール含有燃料は、ガソリン１００％の燃料、エタノールとガソリンとが混合された混合燃料、エタノール１００％の燃料を含む意味である。

エンジン１は、一列に並ぶ４つの気筒＃１，＃２，＃３，＃４が形成されたシリンダブロック１ａと、このシリンダブロック１ａの上端に取り付けられたシリンダヘッド１ｂとを備えている。各気筒＃１，＃２，＃３，＃４には、上下方向に往復動するピストン１ｃがそれぞれ設けられている。ピストン１ｃは、コネクティングロッド１６を介してクランクシャフト１５に連結されており、ピストン１ｃの往復運動がコネクティングロッド１６によってクランクシャフト１５の回転運動に変換される。

クランクシャフト１５には、シグナルロータ１７が取り付けられている。シグナルロータ１７の外周面には、複数の歯（突起）１７ａが等角度（例えば、１０°ＣＡ（クランク角度））ごとに設けられている。シグナルロータ１７は、歯１７ａの２枚分が欠落した欠歯部１７ｂを有している。

シグナルロータ１７の側方近傍には、クランク角を検出するクランクポジションセンサ３１が配置されている。クランクポジションセンサ３１は、例えば電磁ピックアップであって、クランクシャフト１５が回転する際にシグナルロータ１７の歯１７ａに対応するパルス状の信号（電圧パルス）を発生する。また、シリンダブロック１ａには、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサ３２が配置されている。

シリンダブロック１ａの下部には、潤滑油を貯留するオイルパン１８が設けられている。オイルパン１８に貯留された潤滑油は、エンジン１の運転時に、異物を除去するオイルストレーナを介してオイルポンプ（図示せず）によって汲み上げられて、ピストン１ｃ、クランクシャフト１５、コネクティングロッド１６などのエンジン１の各部に供給され、その各部の潤滑・冷却等に使用される。そして、潤滑油は、エンジン１の各部の潤滑・冷却等の後、オイルパン１８に戻され、再びオイルポンプによって汲み上げられるまでオイルパン１８内に貯留される。

シリンダヘッド１ｂとピストン１ｃとの間には、燃焼室１ｄが形成されている。燃焼室１ｄには、点火プラグ３が配置されている。点火プラグ３の点火タイミングは、イグナイタ４によって調整される。イグナイタ４は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）２００によって制御される。

燃焼室１ｄには、吸気通路１１と排気通路１２とが接続されている。吸気通路１１の一部は、吸気ポート１１ａおよび吸気マニホールド１１ｂによって形成されている。吸気通路１１には、サージタンク１１ｃが設けられている。また、吸気通路１１には、吸気を濾過するエアクリーナ７、熱線式のエアフロメータ３３、吸気温センサ３４（エアフロメータ３３に内蔵）、エンジン１の吸入空気量を調整するためのスロットル弁５などが配置されている。スロットル弁５は、サージタンク１１ｃの上流側（吸気流れの上流側）に設けられており、スロットルモータ６によって駆動される。スロットル弁５の開度は、スロットル開度センサ３５によって検出される。スロットル弁５のスロットル開度は、ＥＣＵ２００によって駆動制御される。

排気通路１２の一部は、排気ポート１２ａおよび排気マニホールド１２ｂによって形成されている。排気通路１２には、燃焼室１ｄから排気通路１２に排出された排気ガス中に含まれるＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣなどを浄化するための触媒（例えば三元触媒）として、上流側触媒８と、この上流側触媒８よりも下流側（排気流れの下流側）に配置される下流側触媒９とが設けられている。上流側触媒８は、例えば排気マニホールド１２ｂの直下に配置され、下流側触媒９は、例えば車両の床下に配置される。上流側触媒８および下流側触媒９においては、排気ガス中のＣＯ、ＨＣの酸化、およびＮＯｘの還元が行われ、それらをＣＯ₂、Ｈ₂Ｏ、Ｎ₂とすることによって排気ガスの浄化が図られている。

排気通路１２の上流側触媒８の上流側（排気流れの上流側）には、第１、第２空燃比（Ａ／Ｆ）センサ８０Ａ，８０Ｂが設けられている。第１、第２空燃比センサ８０Ａ，８０Ｂは、互いに近接して配置されている。第１、第２空燃比センサ８０Ａ，８０Ｂは、上流側触媒８に流入する排気ガスの酸素濃度に応じたセンサ出力（出力電流）を発生する。これらの第１、第２空燃比センサ８０Ａ，８０Ｂの詳細については後述する。

また、排気通路１２の上流側触媒８と下流側触媒９との間には、Ｏ₂センサ３８が配置されている。Ｏ₂センサ３８は、上流側触媒８から流出した排気ガスの酸素濃度に基づいて、排気ガスがリッチであるかリーンであるかを判定するものである。具体的には、Ｏ₂センサ３８は、排気ガス中の酸素濃度に応じて起電力を発生するものであり、理論空燃比に相当する電圧（比較電圧）よりも出力が高いときはリッチと判定し、逆に、比較電圧よりも出力が低いときはリーンと判定する。

吸気通路１１と燃焼室１ｄとの間には、吸気弁１３が設けられており、吸気弁１３を開閉駆動することにより、吸気通路１１と燃焼室１ｄとが連通または遮断される。また、排気通路１２と燃焼室１ｄとの間には、排気弁１４が設けられており、排気弁１４を開閉駆動することにより、排気通路１２と燃焼室１ｄとが連通または遮断される。これら吸気弁１３および排気弁１４の開閉駆動は、クランクシャフト１５の回転がタイミングチェーン等を介して伝達される吸気カムシャフト２１および排気カムシャフト２２の各回転によって行われる。

吸気カムシャフト２１の近傍には、特定の気筒（例えば気筒＃１）のピストン１ｃが圧縮上死点（ＴＤＣ）に達したときにパルス状の信号を発生するカムポジションセンサ３９が設けられている。カムポジションセンサ３９は、例えば電磁ピックアップであって、吸気カムシャフト２１に一体的に設けられたロータ外周面の１個の歯（図示せず）に対向するように配置されており、吸気カムシャフト２１が回転する際にパルス状の信号（電圧パルス）を出力する。なお、吸気カムシャフト２１および排気カムシャフト２２は、クランクシャフト１５の１／２の回転速度で回転するので、クランクシャフト１５が２回転（７２０°ＣＡ回転）するごとにカムポジションセンサ３９が１つのパルス状の信号を発生する。

そして、吸気通路１１の吸気ポート１１ａには、エタノール含有燃料を噴射可能なインジェクタ（燃料噴射弁）２が配置されている。インジェクタ２は各気筒＃１〜＃４ごとに設けられている。各気筒＃１〜＃４のインジェクタ２は共通のデリバリパイプ１０１に接続されている。デリバリパイプ１０１には、燃料供給系１００の燃料タンク１０４に貯留された燃料が供給され、これによってインジェクタ２から吸気ポート１１ａ内に燃料が噴射される。

インジェクタ２から噴射された燃料は、吸入空気と混合されて混合気となり、吸気弁１３の開弁にともない燃焼室１ｄに導入される。燃焼室１ｄに導入された混合気（燃料＋空気）は、点火プラグ３にて点火されて燃焼・爆発する。混合気の燃焼室１ｄ内での燃焼・爆発によって、ピストン１ｃが往復運動してクランクシャフト１５が回転する。そして、混合気の燃焼により生じた燃焼ガスは、排気弁１４の開弁にともない排気ガスとして排気通路１２に排出される。

燃料供給系１００は、各気筒＃１〜＃４のインジェクタ２に共通に接続されたデリバリパイプ１０１、デリバリパイプ１０１に接続された燃料供給管１０２、燃料ポンプ（例えば電動ポンプ）１０３、燃料タンク１０４などを備えている。燃料タンク１０４には、所定のエタノール濃度を有するエタノール含有燃料が貯留されている。そして、燃料ポンプ１０３を駆動することにより、燃料タンク１０４内に貯留された燃料を、燃料供給管１０２を介してデリバリパイプ１０１に供給する。燃料ポンプ１０３の駆動制御はＥＣＵ２００によって行われる。このような構成の燃料供給系１００によって各気筒＃１〜＃４のインジェクタ２に燃料がそれぞれ供給される。

−ＥＣＵ−
次に、上述のように構成されたエンジン１の運転状態を制御するＥＣＵ２００について、図３を参照して説明する。

図３に示すように、ＥＣＵ２００は、ＣＰＵ２０１、ＲＯＭ２０２、ＲＡＭ２０３、バックアップＲＡＭ２０４などを備えている。

ＲＯＭ２０２には、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵ２０１は、ＲＯＭ２０２に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。ＲＡＭ２０３は、ＣＰＵ２０１での演算結果や各種センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭ２０４は、例えばエンジン１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。

ＣＰＵ２０１、ＲＯＭ２０２、ＲＡＭ２０３、およびバックアップＲＡＭ２０４は、双方向性バス２０７を介して互いに接続されるとともに、入力インターフェース２０５および出力インターフェース２０６と接続されている。

入力インターフェース２０５には、クランクポジションセンサ３１、水温センサ３２、エアフロメータ３３、吸気温センサ３４、スロットル開度センサ３５、アクセルペダルの踏み込み量に応じた検出信号を出力するアクセル開度センサ３６、Ｏ₂センサ３８、カムポジションセンサ３９、第１、第２空燃比センサ８０Ａ，８０Ｂなどの各種センサが接続されている。また、入力インターフェース２０５には、イグニッションスイッチ４０が接続されており、イグニッションスイッチ４０がオン操作されると、スタータモータ（図示せず）によるエンジン１のクランキングが開始される。

出力インターフェース２０６には、インジェクタ２、点火プラグ３のイグナイタ４、スロットル弁５のスロットルモータ６、燃料供給系１００の燃料ポンプ１０３などが接続されている。そして、ＥＣＵ２００は、上述した各種センサの検出信号に基づいて、後述する第１空燃比センサ８０Ａの出力補正制御を含むエンジン１の各種制御を実行する。

−第１、第２空燃比センサ−
次に、第１空燃比センサ８０Ａについて、図４、図５を参照して説明する。

この実施形態では、第１空燃比センサ８０Ａとして、例えば図５のような出力特性（電圧−電流特性）を示す限界電流式のものが用いられている。第１空燃比センサ８０Ａは、例えば図４に示すような構成となっている。

図４に示すように、第１空燃比センサ８０Ａは、センサ素子８１、通気性を有する内カバー８７および外カバー８８などを備えている。

センサ素子８１は、板状の固体電解質層（例えばジルコニア製）８２、この固体電解質層８２の一方の面に形成された大気側電極（例えば白金電極）８３、固体電解質層８２の他方の面に形成された排気側電極（例えば白金電極）８４、拡散層（例えば多孔質のセラミック）８５などによって構成されている。

センサ素子８１の大気側電極８３は、大気ダクト８６内に配置されている。大気ダクト８６内は大気に解放されており、この大気ダクト８６内に流入した大気が大気側電極８３に接触する。一方、排気側電極８４の表面は、拡散層８５によって覆われており、排気通路１２を流れる排気ガスの一部が、拡散層８５の内部を通過して排気側電極８４に接触する。なお、排気ガスは、外カバー８８の小孔８８ａおよび内カバー８７の小孔８７ａを通過してセンサ素子８１（排気側電極８４）に達する。

また、第１空燃比センサ８０Ａには、センサ素子８１を加熱するためのヒータ８９が組み込まれている。ヒータ８９は、車載のバッテリ電源からの通電により発熱する線状の発熱体によって構成されており、その発熱体の発熱によってセンサ素子８１の全体を加熱する。

このような構成の第１空燃比センサ８０Ａにおいて、大気側電極８３と排気側電極８４との間に所定の電圧が印加されると、この電圧印加によって第１空燃比センサ８０Ａに排気ガス中のＯ₂の濃度（酸素濃度）に応じた出力電流が発生する。

具体的に説明すると、排気ガスの空燃比がリーンである場合、排気ガス中の余剰のＯ₂が排気側電極８４での電極反応により電子を受け取ってイオン化される。その酸素イオンが固体電解質層８２の内部を排気側電極８４→大気側電極８３の向きに移動し、大気側電極８３に到達すると、そこで電子が離脱されＯ₂に戻って大気ダクト８６に排出される。このような酸素イオンの移動によって、大気側電極８３→排気側電極８４の向きに電流（正電流）が流れる。

一方、排気ガスの空燃比がリッチである場合、上述したリーンの場合とは逆に、大気ダクト８６内のＯ₂が大気側電極８３での電極反応により電子を受け取ってイオン化される。その酸素イオンが、固体電解質層８２の内部を大気側電極８３→排気側電極８４の向き移動した後、拡散層８５の内部で拡散された排気ガス中の可燃成分（例えば、Ｈ₂、ＣＯ、ＨＣなど）との触媒反応によりＣＯ₂やＨ₂Ｏが生成される。このような酸素イオンの移動によって、排気側電極８４→大気側電極８３の向きに電流（負電流）が流れる。

そして、第１空燃比センサ８０Ａの電圧−電流特性は、例えば図５のようになる。図５は、第１空燃比センサ８０Ａの大気側電極８３と排気側電極８４との間に印加する印加電圧ＶＰと、センサ出力である出力電流ＩＰとの関係を示す図である。図５では、使用燃料がガソリン１００％の燃料で、空燃比がストイキ（理論空燃比）である場合の特性を実線で示し、使用燃料がエタノール１００％の燃料で、空燃比がストイキである場合の特性を破線で示している。

図５に示すように、第１空燃比センサ８０Ａの電圧−電流特性としては、第１空燃比センサ８０Ａに対する印加電圧ＶＰを変化させても出力電流ＩＰが殆ど変化せずほぼ一定の値となる領域（限界電流域Ｚ１および水分解領域Ｚ２）が存在している。

第１空燃比センサ８０Ａの限界電流域Ｚ１は、排気ガス中の酸素濃度に応じたほぼ一定の電流（限界電流）ＩＰＡ１を出力する領域であり、エンジン１の運転時に排気ガスの酸素濃度（空燃比）を検出するのに用いられる領域である。この限界電流域Ｚ１の出力電流（第１の出力電流）ＩＰＡ１は、排気ガスの酸素濃度に応じて変化する。具体的には、図５に示すように、排気ガスの空燃比がリーン側になるほど、出力電流ＩＰＡ１が増大し、逆に、排気ガスの空燃比がリッチ側になるほど、出力電流ＩＰＡ１が減少する。なお、図５の例では、使用燃料がガソリン１００％の燃料で、空燃比がストイキである場合に、限界電流域Ｚ１の出力電流ＩＰＡ１（ＩＰＡ１ｇ）が０（ｍＡ）に設定されている（ストイキ出力）。

また、限界電流域Ｚ１の出力電流ＩＰＡ１は、使用燃料のエタノール濃度に応じて変化する。つまり、既に述べたように、使用燃料のエタノール濃度が異なれば、排気ガス中の可燃成分の濃度（成分比）が異なるものとなり、可燃成分の濃度の違いによって限界電流域Ｚ１の出力電流ＩＰＡ１が変動する。この実施形態では、アルコールとしてエタノールが用いられており、使用燃料のエタノール濃度が高くなるほど、排気ガス中の水素濃度が高くなり、限界電流域Ｚ１の出力電流ＩＰＡ１がリッチ側にずれる傾向にある。このため、図５に示すように、使用燃料のエタノール濃度が高くなるほど、限界電流域Ｚ１の出力電流ＩＰＡ１が減少する。具体的には、限界電流域Ｚ１の出力電流ＩＰＡ１は、使用燃料がガソリン１００％の燃料であるときに最大電流ＩＰＡ１ｇとなり、使用燃料がエタノール１００％の燃料であるときに最小電流ＩＰＡ１ｅとなる。また、使用燃料がエタノールとガソリンとが混合された混合燃料のとき、限界電流域Ｚ１の出力電流ＩＰＡ１は、そのエタノール濃度に応じて最小電流ＩＰＡ１ｅと最大電流ＩＰＡ１ｇとの間の値を取り得る。

一方、第１空燃比センサ８０Ａに対する印加電圧ＶＰが限界電流域Ｚ１の最小電圧ＶＰ１ｍｉｎよりも低くなると、第１空燃比センサ８０Ａの出力電流ＩＰは、限界電流域Ｚ１の出力電流ＩＰＡ１よりも小さくなる。この場合、印加電圧ＶＰが低くなるほど、出力電流ＩＰがほぼ比例的に下降する。

逆に、第１空燃比センサ８０Ａに対する印加電圧ＶＰが限界電流域Ｚ１の最大電圧ＶＰ１ｍａｘよりも高くなると、第１空燃比センサ８０Ａの固体電解質層８２のジルコニアなどによって、排気ガス中のＨ₂Ｏ（水）がＨ₂およびＯ₂に分解されるため、第１空燃比センサ８０Ａの出力電流ＩＰは、限界電流域Ｚ１の出力電流ＩＰＡ１よりも大きくなる。つまり、排気ガスに含まれるＨ₂Ｏの電気分解によって、第１空燃比センサ８０Ａの出力電流ＩＰが増大される。

そして、図５に示すように、第１空燃比センサ８０Ａに対する印加電圧ＶＰが高くなるほど、第１空燃比センサ８０Ａの出力電流ＩＰが増大するが、印加電圧ＶＰが所定の電圧（ＶＰ２ｍｉｎ）以上になると、印加電圧ＶＰを変化させても出力電流ＩＰは殆ど変化せずほぼ一定の値ＩＰＡ２となる。この排気ガス中の水分を分解しほぼ一定の電流ＩＰＡ２を出力する領域を水分解領域Ｚ２と呼ぶ。この水分解領域Ｚ２の出力電流（第２の出力電流）ＩＰＡ２は、上述した限界電流域Ｚ１の出力電流ＩＰＡ１よりも大きくなっている。なお、第１空燃比センサ８０Ａに対する印加電圧ＶＰが所定の電圧（ＶＰ２ｍａｘ）よりも大きくなると、第１空燃比センサ８０Ａの出力電流ＩＰは再び増大するようになる。

次に、第２空燃比センサ８０Ｂについて、図６を参照して説明する。

この実施形態では、第２空燃比センサ８０Ｂとして、上述した第１空燃比センサ８０Ａと同様の限界電流式のものが用いられている。図６に示すように、第２空燃比センサ８０Ｂは、第１空燃比センサ８０Ａと基本的には同じ構成となっており、触媒層９０が付加（付与）されている点だけが第１空燃比センサ８０Ａとは異なっている。つまり、第２空燃比センサ８０Ｂには、排気ガス中のＨ₂を浄化可能な触媒層９０が備えられているのに対し、第１空燃比センサ８０Ａには、そのような触媒層が備えられていない。なお、第１空燃比センサ８０Ａの出力電流は、後述する第１空燃比センサ８０Ａの出力補正制御を含むエンジン１の各種制御に用いられるのに対し、第２空燃比センサ８０Ｂの出力電流は、後述する第１空燃比センサ８０Ａの出力補正制御だけに用いられるようになっている。

図６に示すように、触媒層９０は、拡散層８５の外側に配置されている。具体的には、触媒層９０は、拡散層８５の排気通路１２側の表面を覆うように設けられている。そして、排気通路１２を流れる排気ガスの一部が、触媒層９０および拡散層８５の内部を通過して排気側電極８４に接触するようになっている。この実施形態では、触媒層９０は、排気ガス中のＨ₂を浄化可能な触媒を含む構成となっている。触媒層９０に含まれる触媒としては、例えば、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄなどの金属があり、このうち１つの金属だけを触媒層９０に用いてもよいし、２つ以上の金属を混合して触媒層９０に用いてもよい。

第２空燃比センサ８０Ｂの電圧−電流特性は、上述した第１空燃比センサ８０Ａの電圧−電流特性と略同様となっている（図５参照）。つまり、第２空燃比センサ８０Ｂの電圧−電流特性として、第２空燃比センサ８０Ｂに対する印加電圧を変化させても出力電流が殆ど変化せずほぼ一定の値となる領域（限界電流域および水分解領域）が存在している。ただし、第２空燃比センサ８０Ｂの出力電流は、触媒層９０によって排気ガス中のＨ₂が浄化される分だけ、第１空燃比センサ８０Ａの出力電流よりもリーン側（出力電流が増大する側）にシフトされる（例えば図８参照）。この場合、第１空燃比センサ８０Ａの出力電流に対する第２空燃比センサ８０Ｂの出力電流のリーン側へのシフト量は、排気ガス中の水素濃度、触媒層９０によるＨ₂の浄化率などに応じて決まる。触媒層９０によるＨ₂の浄化率は、触媒層９０に含まれる触媒の量などに応じて予め決まっており、所定の値（例えば２５％）に設定されている。

−第１空燃比センサの出力補正制御−
次に、エンジン１における第１空燃比センサ８０Ａの出力補正制御について、図７のフローチャートを参照して説明する。図７のフローチャートに示すルーチンは、ＥＣＵ２００が実行する第１空燃比センサ８０Ａの出力補正制御に関するものであり、一定周期ごとに繰り返される。

まず、ＥＣＵ２００は、ステップＳＴ１１において、第１、第２空燃比センサ８０Ａ，８０Ｂの大気側電極８３と排気側電極８４との間に印加する印加電圧を、限界電流域の範囲内の電圧（第１の印加電圧）にそれぞれ設定する。この電圧は、例えば、０．３〜０．４Ｖに設定される。続いて、ＥＣＵ２００は、ステップＳＴ１２において、第１、第２空燃比センサ８０Ａ，８０Ｂの出力電流をそれぞれ取得する。この際、第１、第２空燃比センサ８０Ａ，８０Ｂの限界電流域の出力電流（第１の出力電流）ＩＰＡ１，ＩＰＢ１が取得される。

次に、ＥＣＵ２００は、ステップＳＴ１３において、第１空燃比センサ８０Ａに対する印加電圧を、水分解領域の範囲内の電圧（第２の印加電圧）に設定する。つまり、第１空燃比センサ８０Ａに対する印加電圧を限界電流域の範囲内の電圧から水分解領域の範囲内の電圧へ上昇させる。この電圧は、例えば、０．６〜０．８Ｖに設定される。続いて、ＥＣＵ２００は、ステップＳＴ１４において、第１空燃比センサ８０Ａの出力電流を取得する。この際、水分解領域の出力電流（第２の出力電流）ＩＰＡ２が取得される。

次に、ＥＣＵ２００は、ステップＳＴ１５において、第１空燃比センサ８０Ａの水分解領域の出力電流ＩＰＡ２と、限界電流域の出力電流ＩＰＡ１との差ΔＩＰＡ（＝ＩＰＡ２−ＩＰＡ１）を求める。そして、ＥＣＵ２００は、ステップＳＴ１６において、ステップＳＴ１５で得られた出力電流の差ΔＩＰＡに基づいて使用燃料のエタノール濃度を推定する。この場合、上記出力電流の差ΔＩＰＡと、使用燃料のエタノール濃度との関係を、予め実験・計算等によって求めて、ＥＣＵ２００のＲＯＭ２０２にマップ（エタノール濃度推定マップ）として記憶させておき、このマップを参照することで、使用燃料のエタノール濃度を推定することが可能である。

ステップＳＴ１６のエタノール濃度の推定について詳しく説明する。ステップＳＴ１５で得られる出力電流の差ΔＩＰＡは、排気ガス中のＨ₂Ｏの分解により増大される第１空燃比センサ８０Ａの出力電流の増大分となっている。したがって、その出力電流の差ΔＩＰＡは、排気ガス中のＨ₂Ｏの濃度（水分濃度）と相関のある量となっており、排気ガス中の水分濃度に応じて変化することになる。

ここで、排気ガス中の水分濃度は、使用燃料のエタノール濃度に応じて変化する。例えば、次の式（１）によれば、ガソリン１００％の燃料が燃焼した場合、排気ガス中の水分濃度は、１２．０％となる。

２Ｃ₁₀Ｈ₁₈＋２９Ｏ₂＋１１１．７７Ｎ₂→２０ＣＯ₂＋１８Ｈ₂Ｏ＋１１１．７７Ｎ₂…（１）
また、次の式（２）によれば、エタノール１００％の燃料が燃焼した場合、排気ガス中の水分濃度は、１８．１％となる。

Ｃ₂Ｈ₅ＯＨ＋３Ｏ₂＋１１．５６Ｎ₂→２ＣＯ₂＋３Ｈ₂Ｏ＋１１．５６Ｎ₂…（２）
排気ガス中の水分濃度は、使用燃料がガソリン１００％の燃料であるときに最小値となり、使用燃料がエタノール１００％の燃料であるときに最大値となる。また、使用燃料がエタノールとガソリンとが混合された混合燃料のとき、排気ガス中の水分濃度は、そのエンジン濃度に応じてそれら最小値と最大値の間の値を取り得る。

このように、排気ガス中の水分濃度が使用燃料のエタノール濃度に応じて変化するので、上記出力電流の差ΔＩＰＡは、使用燃料のエタノール濃度に応じて変化し、エタノール濃度が高いほど大きくなる。具体的には、図５に示すように、上記出力電流の差ΔＩＰＡは、使用燃料がガソリン１００％の燃料であるときに最小値ΔＩＰＡｇとなり、使用燃料がエタノール１００％の燃料であるときに最大値ΔＩＰＡｅとなる。また、使用燃料がエタノールとガソリンとが混合された混合燃料のとき、上記出力電流の差ΔＩＰＡは、そのエタノール濃度に応じて最小値ΔＩＰＡｇと最大値ΔＩＰＡｅとの間の値を取り得る。

このように、ステップＳＴ１６では、排気ガス中の水分濃度と相関のある上記出力電流の差ΔＩＰＡに基づいて使用燃料のエタノール濃度を推定するので、限界電流域の出力電流ＩＰＡ１だけに基づいてエタノール濃度を推定する場合に比べて、エタノール濃度を精度よく推定することができる。つまり、限界電流域の出力電流ＩＰＡ１が変動したとしても、これに起因するエタノール濃度の推定精度の悪化を抑制することができる。しかも、第１空燃比センサ８０Ａに対する印加電圧を限界電流域の範囲内の電圧から水分解領域の範囲内の電圧へ一時的に上昇させるだけで、短時間かつ容易にエタノール濃度を推定することができる。

次に、ＥＣＵ２００は、ステップＳＴ１７において、第１空燃比センサ８０Ａの限界電流域の出力電流ＩＰＡ１と、第２空燃比センサ８０Ｂの限界電流域の出力電流ＩＰＢ１との差ΔＩＰ１（＝ＩＰＢ１−ＩＰＡ１）を求める。そして、ＥＣＵ２００は、ステップＳＴ１８において、ステップＳＴ１７で得られた出力電流の差ΔＩＰ１に基づいて排気ガス中のＨ₂の濃度（水素濃度）を推定する。この場合、上記出力電流の差ΔＩＰ１と、排気ガス中の水素濃度との関係を、予め実験・計算等によって求めて、ＥＣＵ２００のＲＯＭ２０２にマップ（水素濃度推定マップ）として記憶させておき、このマップを参照することで、排気ガス中の水素濃度を推定することが可能である。

ステップＳＴ１８の水素濃度の推定について説明する。第２空燃比センサ８０Ｂの触媒層９０の浄化率は一定の値（例えば２５％）とされており、ステップＳＴ１７で得られる出力電流の差ΔＩＰ１は、触媒層９０によって排気ガス中のＨ₂が浄化されたことによる第２空燃比センサ８０Ｂの出力電流の増大分となっている。したがって、その出力電流の差ΔＩＰ１は、排気ガス中の水素濃度と相関のある量となっており、排気ガス中の水素濃度に応じて変化することになる。そこで、ステップＳＴ１８では、上記出力電流の差ΔＩＰ１に基づいて排気ガス中の水素濃度を推定するようにしている。具体的には、図８に示すように、出力電流の差ΔＩＰ１は、排気ガス中の水素濃度が高くなるほど比例的に大きくなる。図８では、排気ガス中の水素濃度に対する、第１、第２空燃比センサ８０Ａ，８０Ｂの限界電流域の出力電流ＩＰＡ１，ＩＰＢ１の特性を示している。

次に、ＥＣＵ２００は、ステップＳＴ１９において、ステップＳＴ１６で推定された使用燃料のエタノール濃度、および、ステップＳＴ１８で推定された排気ガス中の水素濃度を用いて第１空燃比センサ８０Ａの限界電流域の出力電流（以下では単に「出力電流」と言う。）ＩＰＡ１のずれ量ＩＬＡを推定する。このずれ量ＩＬＡは、排気ガス中の酸素濃度に応じた出力電流（実空燃比に応じた出力電流）に対する出力電流ＩＰＡ１のずれ量である。出力電流ＩＰＡ１は、排気ガス中の可燃成分の濃度（成分比）に応じて変化する。エタノール含有燃料が燃焼した場合の排気ガス中の主な可燃成分としては、例えば、図９の表に示すようなものがある。図９では、排気ガス中の主な可燃成分として、代表的な１０の成分（Ｈ₂、ＣＨ₄、ＣＯ、Ｃ₂Ｈ₄、Ｃ₃Ｈ₆、ＣＨ₃ＣＨＯ、Ｃ₃Ｈ₈、Ｃ₂Ｈ₅ＯＨ、Ｃ₆Ｈ₅ＣＨ₃、Ｃ₈Ｈ₁₈）を挙げている。

エタノール含有燃料が燃焼した場合の排気ガス中の可燃成分の濃度は、使用燃料のエタノール濃度に応じて変化する。この実施形態では、排気ガス中の可燃成分の濃度（酸素濃度も含む）と、使用燃料のエタノール濃度との関係を、予め実験・計算等によって求めて、ＥＣＵ２００のＲＯＭ２０２にマップ（可燃成分マップ）として記憶させておくようにしている。そして、ステップＳＴ１６で推定されたエタノール濃度に基づき、ＲＯＭ２０２の可燃成分マップを参照することで、そのエタノール濃度における排気ガス中のＨ₂を除く可燃成分の濃度を求めるようにしている。例えば、０％〜１００％のエタノール濃度について、等間隔で複数の領域（例えば、１０％間隔で１０の領域）を設定し、各領域ごとに可燃成分マップを作成してＲＯＭ２０２に記憶させておけばよい。そして、ステップＳＴ１６で得られたエタノール濃度が属する領域に対応する可燃成分マップを参照し、そのエタノール濃度に対応する排気ガス中の可燃成分の濃度を求めればよい。

そして、この実施形態では、ステップＳＴ１６で推定されたエタノール濃度から求められた排気ガス中のＨ₂を除く可燃成分の濃度、および、ステップＳＴ１８で推定された排気ガス中の水素濃度に基づいて、第１空燃比センサ８０Ａの出力電流ＩＰＡ１のずれ量ＩＬＡを算出するようにしている。出力電流ＩＰＡ１は、次の式（３）によって算出される。また、出力電流ＩＰＡ１のずれ量ＩＬＡは、次の式（４）によって算出される。

ＩＰＡ１＝Ａ・Ｄｏｐ＝ΣＡ・（Ｄｏ−Ｋｉ・Ｓｉ・Ｄｉ）…（３）
ＩＬＡ＝ＩＰＡ１（Ｘ）−ＩＰＡ１（０）…（４）
この式（３）により、使用燃料がエタノールＸ％の燃料であるときの出力電流ＩＰＡ１が算出される。この式（３）において、「ｉ」は、便宜上、排気ガス中の各可燃成分のそれぞれに割り当てられる数（自然数）であり（図９では、ｉ＝１〜１０）、「Σ」は、排気ガス中の各可燃成分ｉについての総和である。「Ａ」は、第１空燃比センサ８０Ａごとに定まる比例定数である。比例定数Ａは、第１空燃比センサ８０Ａの排気側電極８４の面積等に応じて定まる値であり、実験等によって予め求めることが可能である。この場合、比例定数Ａは、第１空燃比センサ８０Ａの排気側電極８４の面積が大きいほど、大きな値とされる。

そして、式（４）により、ずれ量ＩＬＡは、使用燃料がエタノール０％（ガソリン１００％）の燃料であるときの出力電流ＩＰＡ１（０）に対する、使用燃料がエタノールＸ％の燃料であるときの出力電流ＩＰＡ１（Ｘ）のずれ量として算出される。

「Ｄｏｐ（％）」は、第１空燃比センサ８０Ａの排気側電極８４上の余剰酸素濃度である。この余剰酸素濃度Ｄｏｐは、後述するように、第１空燃比センサ８０Ａの排気側電極８４上におけるＯ₂の過不足の度合いを表す値となっている。この実施形態では、余剰酸素濃度Ｄｏｐは、（Ｄｏ−Ｋｉ・Ｓｉ・Ｄｉ）の排気ガス中の各可燃成分ｉについての総和となっており、以下の「Ｄｏ」、「Ｋｉ」、「Ｓｉ」、および「Ｄｉ」から算出される。

「Ｄｏ（％）」は、排気通路１２を流れる排気ガス中の酸素濃度である。一方、「Ｄｉ（％）」は、排気通路１２を流れる排気ガス中の可燃成分ｉに関連付けられる量であって、具体的には、排気通路１２を流れる排気ガス中の可燃成分ｉの濃度である。排気ガス中の酸素濃度Ｄｏおよび排気ガス中のＨ₂を除く可燃成分ｉの濃度Ｄｉは、上述したように、ステップＳＴ１６で推定されたエタノール濃度からＲＯＭ２０２に記憶された可燃成分マップを参照することで求めることが可能である。一方、排気ガス中の水素濃度としては、ステップＳＴ１８で推定された値が用いられるようになっている。

「Ｓｉ」は、第１空燃比センサ８０Ａの拡散層８５を通過する排気ガス中の可燃成分ｉに関連付けられる量である。具体的には、「Ｓｉ」は、第１空燃比センサ８０Ａの出力電流ＩＰＡ１がストイキ出力と同じとき（この実施形態では０（ｍＡ））の排気ガス中の可燃成分ｉの酸素当量比である。この酸素当量比Ｓｉは、可燃成分ｉが第１空燃比センサ８０Ａの拡散層８５を通過する際の容易度（通過のしやすさ）を表す値である。この場合、酸素当量比Ｓｉは、Ｏ₂が拡散層８５を通過する際の容易度に対する、可燃成分ｉが拡散層８５を通過する際の容易度の比となっている。酸素当量比Ｓｉは、実験等によって予め求めることが可能であり、図９の表に示すように、各可燃成分ｉに固有の値となっている。

ここで、排気ガス中の可燃成分ｉの分子量Ｍｉと酸素当量比Ｓｉとの間には相関がある。図９に示すように、可燃成分ｉとＯ₂とがほぼ同じ分子量の場合（図９では、ＣＯ、Ｃ₂Ｈ₄の場合）、拡散層８５の通過のしやすさが、可燃成分ｉとＯ₂とでほぼ同じになり、可燃成分ｉの酸素当量比Ｓｉがほぼ１となる。Ｏ₂よりも可燃成分ｉの分子量が小さい場合（図９では、Ｈ₂、ＣＨ₄の場合）、Ｏ₂よりも可燃成分ｉのほうが拡散層８５を通過しやすくなり、可燃成分ｉの酸素当量比Ｓｉが１よりも大きくなる。逆に、Ｏ₂よりも可燃成分ｉの分子量が大きい場合（図９では、Ｃ₃Ｈ₆、ＣＨ₃ＣＨＯ、Ｃ₃Ｈ₈、Ｃ₂Ｈ₅ＯＨ、Ｃ₆Ｈ₅ＣＨ₃、Ｃ₈Ｈ₁₈の場合）、Ｏ₂よりも可燃成分ｉのほうが拡散層８５を通過しにくくなり、可燃成分ｉの酸素当量比Ｓｉが１よりも小さくなる。

また、図９の可燃成分ｉの（分子量Ｍｉ）^-1/2の値と、酸素当量比Ｓｉの値とを、図１０のグラフ上にプロットすると、可燃成分ｉの（分子量Ｍｉ）^-1/2と、酸素当量比Ｓｉとの間には、直線Ｌで示すような１次関数的な関係がある。つまり、次の式（５）で示すような関係がある（Ｂ、Ｃは定数）。

Ｓｉ＝Ｂ・Ｍｉ^-1/2＋Ｃ…（５）
この理由は、排気ガス中の可燃成分ｉが第１空燃比センサ８０Ａの拡散層８５を通過する際の拡散係数が、（分子量Ｍｉ）^-1/2に比例するためであると考えられる。したがって、この式（５）を利用することで、図９に挙げた可燃成分以外についても、その酸素当量比を推定することが可能である。

「Ｋｉ」は、第１空燃比センサ８０Ａの排気側電極８４でＯ₂と反応する可燃成分ｉに関連付けられる量であって、具体的には、排気ガス中の可燃成分ｉの化学当量である。この化学当量Ｋｉは、１モルの可燃成分ｉが完全燃焼するのに必要なＯ₂のモル数である。可燃成分ｉの化学当量Ｋｉは、各可燃成分ｉに固有の値となっており、例えば、可燃成分ｉがＨ₂の場合、化学当量Ｋｉは１／２であり、可燃成分ｉがＣＯの場合、化学当量Ｋｉは１／２である。

以上より、各可燃成分ｉの（Ｄｏ−Ｋｉ・Ｓｉ・Ｄｉ）は、次のような値となる。排気通路１２を流れる排気ガス中のＯ₂と可燃成分ｉとを考え、これらＯ₂と可燃成分ｉとがそれぞれ第１空燃比センサ８０Ａの拡散層８５を通過し、排気側電極８４まで到達したとする。そして、排気側電極８４に到達したＯ₂と可燃成分ｉとが反応したとする。その結果、排気側電極８４上で余る（残る）Ｏ₂または可燃成分ｉの量（濃度）を表す値が、（Ｄｏ−Ｋｉ・Ｓｉ・Ｄｉ）となる。（Ｄｏ−Ｋｉ・Ｓｉ・Ｄｉ）は、排気側電極８４上でＯ₂が余る場合、正の値となり、逆に、排気側電極８４上で可燃成分ｉが余る場合、負の値となる。

そして、各可燃成分ｉの（Ｄｏ−Ｋｉ・Ｓｉ・Ｄｉ）の総和が、余剰酸素濃度Ｄｏｐとなる。したがって、余剰酸素濃度Ｄｏｐは、第１空燃比センサ８０Ａの排気側電極８４上におけるＯ₂の過不足の度合いを表す値となる。具体的には、排気側電極８４上でＯ₂が余るような状況では、余剰酸素濃度Ｄｏｐが正の値となる。この場合、式（３）により算出される第１空燃比センサ８０Ａの出力電流ＩＰＡ１は、ストイキ出力よりも大きな出力電流となる。一方、排気側電極８４上でＯ₂が不足するような状況、言い換えれば、可燃成分ｉが余る状況では、余剰酸素濃度Ｄｏｐが負の値となる。この場合、式（３）により算出される第１空燃比センサ８０Ａの出力電流ＩＰＡ１は、ストイキ出力よりも小さな出力電流となる。

そして、式（４）を用いて第１空燃比センサ８０Ａの出力電流ＩＰＡ１のずれ量ＩＬＡを算出する。この際、ＩＰＡ１（Ｘ）は、ステップＳＴ１６で推定されたエタノール濃度がＸ％であるときに式（３）によって算出される値となっており、ＩＰＡ１（０）は、エタノール濃度が０％であるときに式（３）によって算出される値となっている。

次に、ＥＣＵ２００は、図７に示すように、ステップＳＴ２０において、ステップＳＴ１９で算出されたずれ量ＩＬＡに基づいて、第１空燃比センサ８０Ａの出力電流ＩＰＡ１（実測値）を補正する。この補正は、第１空燃比センサ８０Ａの出力電流ＩＰＡ１（実測値）から式（３）、（４）によって算出されたずれ量ＩＬＡを減算することによって行うことが可能である。

具体的には、式（３）、（４）によって算出されたずれ量ＩＬＡが正の値である場合、ステップＳＴ２０による補正後の第１空燃比センサ８０Ａの出力電流は、出力電流ＩＰＡ１（実測値）よりもリッチ側（出力電流が減少する側）となる。逆に、式（３）、（４）によって算出されたずれ量ＩＬＡが負の値である場合、ステップＳＴ２０による補正後の第１空燃比センサ８０Ａの出力電流は、出力電流ＩＰＡ１（実測値）よりもリーン側（出力電流が増大する側）となる。

この実施形態では、ステップＳＴ１６で推定された使用燃料のエタノール濃度、および、ステップＳＴ１８で推定された排気ガス中の水素濃度を利用して、第１空燃比センサ８０Ａの出力電流ＩＰＡ１のずれ量ＩＬＡを正確に算出するようにしている。ここで、ステップＳＴ１６では排気ガス中の水分濃度に基づいて使用燃料のエタノール濃度を推定するため、使用燃料のエタノール濃度のみを利用して、第１空燃比センサ８０Ａの出力電流ＩＰＡ１のずれ量ＩＬＡを算出すると、吸入空気に含まれる水分の影響によってずれ量ＩＬＡの算出精度が悪化する可能性がある。

しかし、この実施形態では、使用燃料のエタノール濃度に加え、上記出力電流の差ΔＩＰ１から推定された排気ガス中の水素濃度を用いてずれ量ＩＬＡを算出するので、吸入空気中の水分による悪影響を抑え、ずれ量ＩＬＡを精度よく算出することができる。これにより、ずれ量ＩＬＡに基づいて補正される第１空燃比センサ８０Ａの出力電流ＩＰＡ１を、実空燃比に応じた値にできるだけ近付けることが可能になる。そして、実空燃比に即したエンジン１の各種制御を適切に行うことが可能になる。例えば、ずれ量ＩＬＡに起因する燃料噴射制御（空燃比フィードバック制御）の悪化を抑制することが可能になり、実空燃比に即した適切な燃料噴射制御を行うことが可能になる。

−他の実施形態−
本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内および当該範囲と均等の範囲で包含されるすべての変形や応用が可能である。

上記実施形態では、上記出力電流の差ΔＩＰＡに基づいて使用燃料のエタノール濃度を推定し（図７のステップＳＴ１６）、その使用燃料のエタノール濃度を利用して第１空燃比センサ８０Ａの出力電流ＩＰＡ１のずれ量ＩＬＡを算出した（図７のステップＳＴ１９）。これに限らず、上記出力電流の差ΔＩＰＡに代えて、排気ガス中の水素濃度に基づいて使用燃料のエタノール濃度を推定してもよい。この場合、エンジン１における第１空燃比センサ８０Ａの出力補正制御は、図１１に示すような手順に従って実行される。

この第１空燃比センサ８０Ａの出力補正制御の変形例について、図１１のフローチャートを参照して説明する。なお、上記実施形態の第１空燃比センサ８０Ａの出力補正制御（図７参照）と同様の処理については説明を省略する。

ステップＳＴ３１，３２，３３，３４，３７は、上述したステップＳＴ１１，１２，１７，１８，２０と同様の処理となっている。

ステップＳＴ３５において、ＥＣＵ２００は、ステップＳＴ３４で推定された排気ガス中の水素濃度に基づいて使用燃料のエタノール濃度を推定する。この場合、排気ガス中の水素濃度と、使用燃料のエタノール濃度との関係を、予め実験・計算等によって求めて、ＥＣＵ２００のＲＯＭ２０２にマップ（エタノール濃度推定マップ）として記憶させておき、このマップを参照することで、使用燃料のエタノール濃度を推定することが可能である。

ステップＳＴ３５のエタノール濃度の推定について説明する。上述したように、エタノール含有燃料が燃焼した場合の排気ガス中の可燃成分の濃度は、使用燃料のエタノール濃度に応じて変化する。具体的には、使用燃料のエタノール濃度が大きくなると、燃料が高Ｈ／Ｃ化するため、排気ガス中に拡散係数の大きなＨ₂が増加することになる。つまり、使用燃料のエタノール濃度は、排気ガス中の水素濃度と相関のある量となっており、使用燃料のエタノール濃度が大きくなるほど、排気ガス中の水素濃度が大きくなる。そこで、この実施形態では、ステップＳＴ３５では、排気ガス中の水素濃度に基づいて使用燃料のエタノール濃度を推定するようにしている。

次に、ステップＳＴ３６において、ＥＣＵ２００は、ステップＳＴ３５で推定された使用燃料のエタノール濃度を用いて第１空燃比センサ８０Ａの出力電流ＩＰＡ１のずれ量ＩＬＡを推定する。この場合、上記実施形態のステップＳＴ１９と同様に、排気ガス中の可燃成分の濃度と、使用燃料のエタノール濃度との関係を、予め実験・計算等によって求めて、ＥＣＵ２００のＲＯＭ２０２にマップ（可燃成分マップ）として記憶させておくようにしている。そして、上記式（３）、（４）により、排気ガス中の可燃成分の濃度に基づいて、第１空燃比センサ８０Ａの出力電流ＩＰＡ１のずれ量ＩＬＡを算出するようにしている。なお、上記実施形態では、ステップＳＴ１９で、ステップＳＴ１６で推定されたエタノール濃度に基づいて排気ガス中のＨ₂を除く可燃成分の濃度を求めたが、このステップＳＴ３６では、ステップＳＴ３５で推定されたエタノール濃度に基づいて排気ガス中のＨ₂を含む可燃成分の濃度を求めることが可能である。ただし、排気ガス中の水素濃度として、ステップＳＴ３４で推定された値を用いてもよい。

そして、ＥＣＵ２００は、ステップＳＴ３７において、ステップＳＴ３６で算出されたずれ量ＩＬＡに基づいて、第１空燃比センサ８０Ａの出力電流ＩＰＡ１を補正する。

なお、図１１のフローチャートでは、上記出力電流の差ΔＩＰ１から排気ガス中の水素濃度を推定し（ステップＳＴ３４）、推定された排気ガス中の水素濃度から使用燃料のエタノール濃度を推定したが（ステップＳＴ３５）、上記出力電流の差ΔＩＰ１に基づいて使用燃料のエタノール濃度を直接推定してもよい。この場合、上記出力電流の差ΔＩＰ１と、使用燃料のエタノール濃度との関係を、予め実験・計算等によって求めて、ＥＣＵ２００のＲＯＭ２０２にマップとして記憶させておき、このマップを参照することで、使用燃料のエタノール濃度を推定することが可能である。

また、排気ガス中の水素濃度から使用燃料のエタノール濃度を推定し（ステップＳＴ３５）、推定された使用燃料のエタノール濃度から排気ガス中の可燃成分の濃度を求めたが（ステップＳＴ３６）、排気ガス中の水素濃度に基づいて排気ガス中の可燃成分の濃度を直接求めてもよい。この場合、排気ガス中の水素濃度と、排気ガス中の可燃成分の濃度との関係を、予め実験・計算等によって求めて、ＥＣＵ２００のＲＯＭ２０２にマップとして記憶させておき、このマップを参照することで、排気ガス中の可燃成分の濃度を求めることが可能である。

また、ステップＳＴ３５で推定された排気ガス中の水素濃度から、第１空燃比センサ８０Ａの出力電流ＩＰＡ１のずれ量ＩＬＡを直接求めるようにしてもよい。この場合、ずれ量ＩＬＡと、排気ガス中の水素濃度との関係を、予め実験・計算等によって求めて、ＥＣＵ２００のＲＯＭ２０２にマップ（ずれ量マップ）として記憶させておき、このマップを参照することで、ずれ量ＩＬＡを推定することが可能である。

上記実施形態で挙げた使用燃料としてのエタノール含有燃料は一例であって、フレキシブル燃料内燃機関の使用燃料として、その他のアルコール含有燃料（例えば、メタノール含有燃料など）を用いてもよい。

上記実施形態で挙げた第１、第２空燃比センサの構造（図４、図６参照）は一例であって、図５のような特性を示す限界電流式の空燃比センサであれば、その他の構造のものを用いてもよい。この場合、第２空燃比センサは、第１空燃比センサに対し排気ガス中のＨ₂を浄化可能な触媒層が付加された構成とされる。つまり、第２空燃比センサには、排気ガス中のＨ₂を浄化可能な触媒層が備えられているのに対し、第１空燃比センサには、そのような触媒層が備えられていない。

上記実施形態では、本発明をＦＦＶに搭載されるポート噴射式４気筒エンジンに適用した場合について説明した。本発明は、自動車用に限らず、その他の用途に使用されるエンジンに対しても適用可能である。また、本発明は、ポート噴射式のエンジンに限らず、筒内直噴式のエンジンや、ポート噴射式および筒内直噴式の両インジェクタを備えたエンジンに対しても適用可能である。さらに、気筒数や、エンジン形式（直列型やＶ型や水平対向型等の別）についても特に限定されるものではない。

本発明は、アルコール含有燃料を使用燃料とするフレキシブル燃料内燃機関に利用可能である。

１ エンジン（フレキシブル燃料内燃機関）
８ 上流側触媒
１２ 排気通路
８０Ａ 第１空燃比センサ
８０Ｂ 第２空燃比センサ
９０ 触媒層
２００ ＥＣＵ

Claims (5)

1. アルコール含有燃料を使用燃料とする内燃機関において、触媒の上流側の排気通路に配設された空燃比センサのセンサ出力を補正する空燃比センサの出力補正装置であって、
   上記排気通路には、第２空燃比センサが配設され、
   上記第２空燃比センサには、排気ガス中のＨ₂を浄化可能な触媒層が備えられている一方、上記空燃比センサには、そのような触媒層が備えられていないことを特徴とする空燃比センサの出力補正装置。
2. 請求項１に記載の空燃比センサの出力補正装置において、
   上記両空燃比センサの出力電流の差に基づいて、排気ガス中の水素濃度を推定し、推定された排気ガス中の水素濃度に基づいて、上記空燃比センサの出力電流を補正することを特徴する空燃比センサの出力補正装置。
3. 請求項２に記載の空燃比センサの出力補正装置において、
   上記推定された排気ガス中の水素濃度に基づいて、使用燃料のアルコール濃度を推定し、推定されたアルコール濃度を用いて、上記空燃比センサの排気ガス中の酸素濃度に基づく出力電流に対するずれ量を算出し、算出されたずれ量に応じて上記空燃比センサの出力電流を補正することを特徴する空燃比センサの出力補正装置。
4. 請求項２に記載の空燃比センサの出力補正装置において、
   上記空燃比センサは、第１の印加電圧が印加されたとき、排気ガス中の酸素濃度に応じた電流を出力するとともに、上記第１の印加電圧よりも高い第２の印加電圧が印加されたとき、排気ガスに含まれる水を分解するように構成されており、
   上記空燃比センサに対し上記第２の印加電圧が印加されたときの第２の出力電流と、上記空燃比センサに対し上記第１の印加電圧が印加されたときの第１の出力電流との差に基づいて、使用燃料のアルコール濃度を推定し、
   上記両空燃比センサの出力電流の差から推定された排気ガス中の水素濃度、および、上記第１、第２の出力電流の差から推定されたアルコール濃度を用いて、上記空燃比センサの排気ガス中の酸素濃度に基づく出力電流に対するずれ量を算出し、算出されたずれ量に応じて上記空燃比センサの出力電流を補正することを特徴する空燃比センサの出力補正装置。
5. 請求項３または４に記載の空燃比センサの出力補正装置において、
   上記推定されたアルコール濃度から、そのアルコール濃度における排気ガス中の可燃成分の濃度を求め、求められた排気ガス中の可燃成分の濃度を用いて上記空燃比センサの出力電流のずれ量を算出することを特徴とする空燃比センサの出力補正装置。

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