JP2013185483A - 空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】酸素センサの出力電圧に基づき空燃比を目標空燃比にする制御の精度を、向上させることのできる空燃比制御装置の提供。
【解決手段】エンジンを制御する装置では、排気ガス中の酸素濃度に応じて出力電圧が変化するセンサ部を有した酸素センサの出力電圧を入力して該出力電圧を検出し、その出力電圧の検出値が理論空燃比に相当する目標電圧Ｖｔ（＝基準値Ｖｒ）となるように、燃料噴射量を制御するが、上記センサ部の温度である素子温度が特定温度Ｔｓ（＝７００℃）以上の場合には（Ｓ２３０：ＹＥＳ）、目標電圧Ｖｔを補正値αだけ小さい値（＝Ｖｒ−α）に補正する（Ｓ２５０）。このため、素子温度が特定温度Ｔｓ以上になり、実際の空燃比が理論空燃比であるときの酸素センサの出力電圧が小さくなってしまう状況において、実際の空燃比がリッチ側になってしまうことを防止することができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、内燃機関の空燃比制御装置に関する。

内燃機関の吸入混合気の空燃比が理論空燃比からずれると、内燃機関の排気経路に設けられた三元触媒の排気ガス浄化能力が低下する。
このことを防止するため、内燃機関の燃料噴射システムでは、排気経路の三元触媒よりも上流側に、排気ガス中の酸素濃度に応じて出力電圧が変化する酸素センサを設け、その酸素センサの出力電圧に基づいて、実際の空燃比が目標空燃比となるように（目標空燃比に近づくように）、燃料噴射量を調節する空燃比フィードバック制御を行っている。

排気ガス中の酸素濃度は空燃比によって変化するため、酸素センサの出力電圧（詳しくは、酸素センサにおけるセンサ部の出力電圧）は、空燃比に応じて変化することとなる。そして、酸素センサの出力電圧は、目標空燃比としての理論空燃比を境に急変するようになっており、空燃比が理論空燃比よりも小さいリッチの場合には例えば１Ｖとなり、空燃比が理論空燃比よりも大きいリーンの場合には例えば０Ｖとなる。

そして、空燃比フィードバック制御を行う空燃比制御装置では、酸素センサの出力電圧を検出し、その検出値が、理論空燃比に相当すると考えられる目標電圧となるように、燃料噴射量を制御する。例えば、上記検出値が目標電圧よりも大きい場合には、空燃比がリッチであると判断して、燃料噴射量を減少させる補正を行い、上記検出値が目標値よりも小さい場合には、空燃比がリーンであると判断して、燃料噴射量を増加させる補正を行う（例えば、特許文献１参照）。

このような制御により、実際の空燃比が理論空燃比付近に維持され、延いては、三元触媒の排気ガス浄化能力が確保される。
一方、酸素センサのセンサ部は、例えば３００℃以上の温度において活性状態となるため、一般に酸素センサには、センサ部を加熱するめのヒータが設けられる。そして、空燃比制御装置では、酸素センサのセンサ部の温度が、該センサ部を活性状態にするための目標温度となるように、ヒータに通電するヒータ制御も行っている。

特許第３７５５６４６号公報

ところで、車両においては、内燃機関が高負荷状態で運転されると、排気ガスの熱容量が大きくなるため、上記ヒータへの通電を停止しても、酸素センサの周囲温度（延いては、センサ部の温度）が、ヒータ制御の目標温度よりも格段に高い極高温（例えば７００℃以上）なってしまう場合がある。

そして、酸素センサのセンサ部の温度が、そのような極高温になると、そのセンサ部の出力特性が少しリッチ側にシフトする。
このことは、実際の空燃比が理論空燃比になっているときの酸素センサの出力電圧が、制御上の目標電圧よりも小さくなる（低くなる）ということであり、言い換えると、実際の空燃比がリッチであるのに、酸素センサの出力電圧が、制御上の目標電圧と同じ値になってしまう、ということを意味する。

このため、内燃機関が高負荷状態で運転されて、酸素センサのセンサ部の温度がヒータ制御の目標温度よりも高い特定温度になると、空燃比制御装置は、実際の空燃比が目標空燃比としての理論空燃比よりもリッチ側となるように、燃料噴射量を制御してしまうこととなる。つまり、実際の空燃比を目標空燃比にする制御の精度が低下してしまう。

そこで、本発明は、酸素センサの出力電圧に基づき空燃比を目標空燃比にする制御の精度を、向上させることのできる空燃比制御装置の提供を目的としている。

本発明の空燃比制御装置では、フィードバック制御手段が、酸素センサの出力電圧を入力して該出力電圧を検出する。尚、酸素センサの出力電圧は、酸素センサのセンサ部が出力する電圧であって、内燃機関の排気ガス中の酸素濃度に応じて変化し、排気ガス中の酸素濃度は、内燃機関の吸入混合気の空燃比によって変化する。

そして、フィードバック制御手段は、酸素センサの出力電圧の検出値が目標空燃比に相当する目標電圧となるように、内燃機関への燃料噴射量を制御することにより、実際の空燃比を目標空燃比に制御する。

更に、本発明の空燃比制御装置では、温度検出手段が、酸素センサのセンサ部の温度を検出する。そして、温度検出手段により検出されたセンサ部の温度が特定温度以上の場合には、制御変更手段が、フィードバック制御手段に、前記出力電圧の検出値が前記目標電圧よりも所定の補正値だけ小さい値となるように燃料噴射量を制御させる。

このような空燃比制御装置によれば、内燃機関が高負荷状態で運転されて、酸素センサのセンサ部の温度が特定温度以上になり、実際の空燃比が目標空燃比であるときの酸素センサの出力電圧が目標電圧よりも小さくなってしまう状況において、酸素センサの出力電圧が目標電圧よりも補正値だけ小さい値（以下、過熱時目標電圧という）となるように燃料噴射量が制御されるため、実際の空燃比が目標空燃比よりもリッチ側になってしまうことを防止することができる。よって、酸素センサの出力電圧に基づき空燃比を目標空燃比にする制御の精度を、向上させることができる。特に、センサ部の温度が前記特定温度以上で、且つ、空燃比が目標空燃比である場合に、センサ部が出力する電圧の値を、過熱時目標電圧にすれば、センサ部の温度が特定温度以上の場合でも、実際の空燃比を目標空燃比に制御することができる。

第１実施形態のＥＣＵを表す構成図である。 酸素センサの出力特性を表す図である。 酸素センサのセンサ部のインピーダンスと温度と関係を表す図である。 第１実施形態の空燃比フィードバック制御処理を表すフローチャートである。 第１実施形態のヒータ制御処理を表すフローチャートである。 第２実施形態のヒータ制御処理を表すフローチャートである。 第２実施形態の空燃比フィードバック制御処理を表すフローチャートである。 第３実施形態の補正値変更処理を表すフローチャートである。

以下に、本発明が適用された実施形態の空燃比制御装置としてのエンジン制御装置（以下、ＥＣＵという）について説明する。
［第１実施形態］
図１に示すように、本実施形態のＥＣＵ１が搭載される車両において、内燃機関であるエンジン３の吸気経路５には、エンジン３に吸入される空気量（吸気量）を検出する吸気量センサ７が取り付けられている。

そして、エンジン３には、該エンジン３の各気筒８に燃料を噴射するインジェクタ９が設けられている。尚、本実施形態において、気筒８とインジェクタ９の数は各々４であるが、図１では、１つの気筒と１つのインジェクタにだけ符号を付している。

また、エンジン３の排気経路１１には、排気ガス中の有害物質（炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物）を浄化する三元触媒１３が設けられている。
更に、排気経路１１において、三元触媒１３よりも上流側には、空燃比フィードバック制御用の酸素センサ１５が取り付けられている。

酸素センサ１５は、一般にＯ₂（オーツー）センサと呼ばれるものであり、排気ガス中の酸素濃度に応じて出力電圧が変化するセンサ部１７に加え、そのセンサ部１７を加熱して活性化させるためのヒータ１９も備えている。

センサ部１７は、例えばジルコニアからなる固体電解質層と、それを挟む一対の電極とを有した周知のものである。そして、センサ部１７を成す固体電解質は、例えば３００℃以上の温度において、酸素イオンの導電体として働く状態（即ち、活性状態）になる。このため、センサ部１７は、ヒータ１９によって３００℃以上の目標温度（本実施形態では例えば４００℃）となるように加熱される。

また、酸素センサ１５からは、プラス信号線２１とマイナス信号線２３とが伸びており、酸素センサ１５において、そのプラス信号線２１とマイナス信号線２３との各々は、センサ部１７の一対の各電極に接続されている。このため、マイナス信号線２３の電位を基準にしたプラス信号線２１の電圧が、センサ部１７の出力電圧であり、当該酸素センサ１５の出力電圧でもある。

そして、酸素センサ１５の出力電圧（以下単に、酸素センサ出力電圧ともいう）Ｖｓは、センサ部１７が活性状態であれば、図２に示すように、エンジン３の吸入混合気の空燃比が理論空燃比であるときを境にして急変するようになっており、空燃比が理論空燃比よりも小さいリッチの場合には概ね１Ｖとなり、空燃比が理論空燃比よりも大きいリーンの場合には概ね０Ｖとなる。尚、図２では、横軸を空気過剰率λ（空燃比を理論空燃比で割った値）で表しているため、「λ＝１」が「空燃比＝理論空燃比」のときを示している。

次に、ＥＣＵ１の構成について説明する。
ＥＣＵ１は、エンジン３を制御するための様々な処理を行うマイコン２５と、吸気量センサ７からの信号をマイコン２５に入力させる入力回路２７と、マイコン２５からの制御信号に応じてインジェクタ９を駆動するインジェクタ駆動回路２９と、マイコン２５からのＰＷＭ（パルス幅変調）信号に応じてヒータ１９に通電するヒータ駆動回路３１と、を備えている。

また、ＥＣＵ１には、酸素センサ１５から伸びた前述のプラス信号線２１とマイナス信号線２３が接続されている。
そして、ＥＣＵ１では、マイナス信号線２３の電位を基準にしたプラス信号線２１の電圧（即ち、両信号線２１，２３の電位差）を、酸素センサ出力電圧Ｖｓとして検出する。

このため、ＥＣＵ１には、一端がプラス信号線２１に接続され、他端がマイナス信号線２３及びグランドラインに接続された出力検出用の抵抗３３と、その抵抗３３のプラス信号線２１側の端部の電圧を、酸素センサ出力電圧Ｖｓとしてマイコン２５に出力するフィルタ回路３５とが、備えられている。そして、マイコン２５は、フィルタ回路３５からの酸素センサ出力電圧Ｖｓを、当該マイコン２５に備えられたＡＤ変換器によって検出する。

尚、抵抗３３の抵抗値は、酸素センサ１５のセンサ部１７のインピーダンス（例えば最大で数ｋΩ）と比較して十分に大きい値（例えば１．５ＭΩ）に設定されている。また、フィルタ回路３５は、抵抗３３のプラス信号線２１側の端部に一端が接続された抵抗３７と、その抵抗３７の他端とグランドラインとの間に接続されたコンデンサ３９とからなるローパスフィルタ回路であり、抵抗３７とコンデンサ３９との接続点の電圧を、フィルタ通過後の酸素センサ出力電圧Ｖｓとして、マイコン２５に出力する。

また、ＥＣＵ１のマイコン２５は、センサ部１７の温度が前述の目標温度となるように、ヒータ駆動回路３１に出力するＰＷＭ信号のデューティ比（延いては、ヒータ１９への通電電流）を調節するヒータ制御を行うが、センサ部１７の実際の温度を検出するために、センサ部１７のインピーダンスを検出する。

つまり、図３に示すように、センサ部１７のインピーダンスは、センサ部１７の温度と相関関係があり、温度が上昇するに連れて小さい値となる。このため、マイコン２５は、センサ部１７のインピーダンスを検出し、そのインピーダンスの検出値から、センサ部１７の温度を演算により間接的に検出している。

そして、マイコン２５は、センサ部１７のインピーダンスを検出するために、センサ部１７に対してインピーダンス検出用の電圧を印加し、その電圧の印加に伴ってセンサ部１７に流れる電流（以下、センサ電流という）を検出する。そして更に、マイコン２５は、そのセンサ電流に基づいて、センサ部１７のインピーダンスを演算により求める。

このため、ＥＣＵ１には、一端がプラス信号線２１に接続されたセンサ電流検出用の抵抗４１と、その抵抗４１の他端に一定の電圧Ｖｃ（本実施形態では例えば５Ｖ）を印加するためのスイッチ４３と、抵抗４１の上記他端をグランドラインに接続するためのスイッチ４５と、抵抗４１の上記他端の電圧（以下、第１電圧という）Ｖ１をマイコン２５に入力させる入力回路４７と、抵抗４１のプラス信号線２１側の端部の電圧（プラス信号線２１の電圧でもあり、以下、第２電圧という）Ｖ２をマイコン２５に入力させる入力回路４９と、が備えられている。そして、マイコン２５は、入力回路４７からの第１電圧Ｖ１と、入力回路４９からの第２電圧Ｖ２との各々を、当該マイコン２５に備えられたＡＤ変換器によって検出する。

尚、スイッチ４３とスイッチ４５は、例えば、バイポーラトランジスタやＭＯＳＦＥＴなどのスイッチング素子であり、マイコン２５からの駆動信号に応じてオンオフする。また、入力回路４７と入力回路４９は、例えば、フィルタ回路３５よりも時定数が小さいローパスフィルタ回路である。

ここで、マイコン２５がセンサ部１７のインピーダンスを検出するために行う処理としては、様々な手順が公知であるが、本実施形態では例えば下記（１）〜（６）の手順で行われる。

（１）まず、入力回路４７からの第１電圧Ｖ１を検出して、Ｖ１ｏｆｆとして記憶すると共に、入力回路４９からの第２電圧Ｖ２を検出して、Ｖ２ｏｆｆとして記憶する。
（２）次に、スイッチ４３をオンして、抵抗４１のプラス信号線２１側とは反対側に電圧Ｖｃを印加する。

（３）そして、スイッチ４３をオンしてから、センサ電流がピーク値になると考えられる所定時間が経過したときに、入力回路４７からの第１電圧Ｖ１を検出して、Ｖ１ｏｎとして記憶すると共に、入力回路４９からの第２電圧Ｖ２を検出して、Ｖ２ｏｎとして記憶する。

（４）その後、スイッチ４３をオフする。
（５）そして、上記（１），（３）の処理で記憶したＶ１ｏｆｆ，Ｖ２ｏｆｆ，Ｖ１ｏｎ，Ｖ２ｏｎを、下記の式１〜式３に代入して、センサ部１７のインピーダンスＺを算出する。

ΔＶ＝Ｖ２ｏｎ−Ｖ２ｏｆｆ…式１
ΔＩ＝｛（Ｖ１ｏｎ−Ｖ１ｏｆｆ）−（Ｖ２ｏｎ−Ｖ２ｏｆｆ）｝／Ｒｓ…式２
Ｚ＝ΔＶ／ΔＩ…式３
尚、式２におけるＲｓは、抵抗４１の抵抗値である。そして、式１のΔＶは、スイッチ４３をオンした後のセンサ部１７のプラス側電圧と、スイッチ４３をオンする直前のセンサ部１７のプラス側電圧との差分であり、式２のΔＩは、スイッチ４３をオンした後のセンサ電流と、スイッチ４３をオンする直前のセンサ電流との差分である。

（６）その後、スイッチ４５を所定の時間だけオンして、スイッチ４３をオンしたことによりセンサ部１７に注入された電荷を抜き取る（放電させる）。
一方、図示は省略しているが、ＥＣＵ１には、クランクセンサからの回転信号や、エンジン３の冷却水の温度（以下、冷却水温という）を検出する水温センサからの信号など、エンジン３を制御するために必要な他の信号も入力されている。そして、それらの信号もマイコン２５に入力されるようになっている。

次に、マイコン２５が行う処理について説明する。尚、以下の説明においては、酸素センサ１５のセンサ部１７を、素子と言い、センサ部１７の温度を、素子温度と言い、センサ部１７のインピーダンスを、素子インピーダンスと言う。

マイコン２５は、実際の空燃比を理論空燃比にするために、図４の空燃比フィードバック制御処理を実行する。尚、この空燃比フィードバック制御処理は、例えば、エンジン３のクランク角（クランク軸の回転角度）が燃料噴射タイミング前の特定のクランク角になる毎に実行される。

図４に示すように、マイコン２５は、空燃比フィードバック制御処理の実行を開始すると、まずＳ１１０にて、エンジン回転数や吸気量や冷却水温などの、エンジン３の運転状態情報に基づいて、インジェクタ９から噴射させる燃料噴射量の基本値である基本噴射量を決定する。

そして、次のＳ１２０にて、前述したフィルタ回路３５から入力される酸素センサ出力電圧Ｖｓを検出する。
次にＳ１３０にて、上記Ｓ１２０で検出した酸素センサ出力電圧Ｖｓが目標電圧Ｖｔよりも大きい（「Ｖｓ＞Ｖｔ」）か否かを判定し、「Ｖｓ＞Ｖｔ」であると判定した場合には、Ｓ１４０に進む。尚、目標電圧Ｖｔについては後述する。

Ｓ１４０では、上記Ｓ１１０で算出した基本噴射量を減少補正する減少補正処理を行い、その減少補正後の噴射量を、実際にインジェクタ９から噴射させる燃料噴射量である最終噴射量として決定する。そして、その後、当該空燃比フィードバック制御を終了する。

尚、Ｓ１４０の減少補正処理は、基本噴射量から一定の減少補正値を減じる処理でも良いが、本実施形態では、「Ｖｓ−Ｖｔ」の値に応じて、例えば、その値が大きいほど、大きい減少補正値を基本噴射量から減じる処理になっている。具体的に説明すると、マイコン２５内のＲＯＭ（図示省略）には、「Ｖｓ−Ｖｔ」の値と、その値に対応する噴射量の減少補正値とを、複数組記録した噴射量減少補正マップが記憶されている。そして、Ｓ１４０では、Ｓ１２０で検出した酸素センサ出力電圧Ｖｓから目標電圧Ｖｔを引いた値（Ｖｓ−Ｖｔ）に対応する減少補正値を、上記噴射量減少補正マップから補間演算などによって算出し、その算出した減少補正値を基本噴射量から減じる。

また、上記Ｓ１３０にて、「Ｖｓ＞Ｖｔ」ではないと判定した場合には、Ｓ１５０に移行して、上記Ｓ１２０で検出した酸素センサ出力電圧Ｖｓが目標電圧Ｖｔよりも小さい（「Ｖｓ＜Ｖｔ」）か否かを判定する。そして、「Ｖｓ＜Ｖｔ」であると判定した場合には、Ｓ１６０に進む。

Ｓ１６０では、上記Ｓ１１０で算出した基本噴射量を増加補正する増加補正処理を行い、その増加補正後の噴射量を、最終燃料噴射量として決定する。そして、その後、当該空燃比フィードバック制御処理を終了する。

尚、Ｓ１６０の増加補正処理は、基本噴射量に一定の増加補正値を加える処理でも良いが、本実施形態では、「Ｖｔ−Ｖｓ」の値に応じて、例えば、その値が大きいほど、大きい増加補正値を基本噴射量に加える処理になっている。具体的に説明すると、マイコン２５内のＲＯＭ（図示省略）には、「Ｖｔ−Ｖｓ」の値と、その値に対応する噴射量の増加補正値とを、複数組記録した噴射量増加補正マップが記憶されている。そして、Ｓ１６０では、目標電圧ＶｔからＳ１２０で検出した酸素センサ出力電圧Ｖｓを引いた値（Ｖｔ−Ｖｓ）に対応する増加補正値を、上記噴射量増加補正マップから補間演算などによって算出し、その算出した増加補正値を基本噴射量に加える。

一方、上記Ｓ１５０にて、「Ｖｓ＜Ｖｔ」ではないと判定した場合（即ち、「Ｖｓ＝Ｖｔ」の場合）には、そのまま当該空燃比フィードバック制御処理を終了するが、この場合には、上記Ｓ１１０で算出した基本噴射量を最終燃料噴射量として決定する。

そして、マイコン２５は、この空燃比フィードバック制御処理で決定した最終噴射量の燃料が、インジェクタ９から噴射されるように、インジェクタ駆動回路２９への制御信号を出力する。

また、マイコン２５は、図５のヒータ制御処理を、例えば一定時間毎に実行している。
図５に示すように、マイコン２５は、ヒータ制御処理の実行を開始すると、まずＳ２１０にて、酸素センサ１５の素子インピーダンス（センサ部１７のインピーダンス）を、前述した（１）〜（６）の手順で検出する。

そして、次のＳ２２０にて、上記Ｓ２１０で検出した素子インピーダンスから、素子温度（センサ部１７の温度）を算出する。
具体的に説明すると、マイコン２５内のＲＯＭ（図示省略）には、素子インピーダンスの値と、その値に対応する素子温度とを、複数組記録した素子温度算出用マップが記憶されている。その素子温度算出用マップは、素子インピーダンスと素子温度との図３の如き関係を記録したデータマップである。そして、Ｓ２２０では、その素子温度算出用マップから、Ｓ２１０で算出した素子インピーダンスに対応する素子温度を、補間演算などによって算出する。

そして、Ｓ２２０で素子温度を算出すると、次のＳ２３０にて、その算出した素子温度が特定温度Ｔｓ（本実施形態では例えば７００℃）以上であるか否かを判定し、素子温度が特定温度Ｔｓ以上でなければ、Ｓ２４０に進む。

Ｓ２４０では、図４のＳ１３０，Ｓ１５０で参照される目標電圧Ｖｔを、通常値である基準値Ｖｒに設定し、その後、Ｓ２６０に進む。
これに対し、上記Ｓ２３０にて、素子温度が特定温度Ｔｓ以上であると判定した場合には、Ｓ２５０に移行して、目標電圧Ｖｔを、基準値Ｖｒよりも補正値αだけ小さい値（Ｖｒ−α）に設定し、その後、Ｓ２６０に進む。

Ｓ２６０では、実際の素子温度が目標温度となるように、Ｓ２２０で算出した素子温度に応じてヒータ駆動回路３１へのＰＷＭ信号のデューティ比を設定する。具体的には、素子温度が目標温度よりも大きければ、ＰＷＭ信号のデューティ比を前回の設定値よりも小さい値に設定してヒータ１９の発熱量を下げ、逆に、素子温度が目標温度よりも小さければ、ＰＷＭ信号のデューティ比を前回の設定値よりも大きい値に設定してヒータ１９の発熱量を上げる。そして、その後、当該ヒータ制御処理を終了する。

ここで、素子温度が特定温度Ｔｓ未満の場合に、目標電圧Ｖｔとして設定される基準値Ｖｒは、図２に示すように、素子温度が特定温度Ｔｓ（７００℃）未満で且つλ＝１の場合の酸素センサ出力電圧Ｖｓの値であり、本実施形態では例えば０．６Ｖである。

このため、素子温度が特定温度Ｔｓ未満の場合には、図４の空燃比フィードバック制御処理により、酸素センサ出力電圧Ｖｓが基準値Ｖｒ（０．６Ｖ）である目標電圧Ｖｔとなるように、燃料噴射量が制御され、その結果、実際の空燃比が、目標空燃比としての理論空燃比付近に維持される。

一方、エンジン３が高負荷状態で運転されると、排気ガスの熱容量が大きくなるため、ヒータ１９への通電を停止しても（即ち、ヒータ駆動回路３１へのＰＷＭ信号のデューティ比を０にしても）、酸素センサ１５の素子温度が目標温度よりも格段に高い温度になってしまう場合がある。

そして、図２に示すように、素子温度が特定温度Ｔｓとしての７００℃以上になると、酸素センサ１５の出力特性が少しリッチ側にシフトする。つまり、空燃比が理論空燃比になっているときの酸素センサ出力電圧Ｖｓが、基準値Ｖｒ（０．６Ｖ）よりも小さくなり、言い換えると、空燃比がリッチであるのに、酸素センサ出力電圧Ｖｓが基準値Ｖｒになってしまう。

このため、酸素センサ１５の素子温度が特定温度Ｔｓ以上になった場合に、もし、目標電圧Ｖｔが基準値Ｖｒに設定されたままであると、図４の空燃比フィードバック制御処理では、空燃比が目標空燃比としての理論空燃比よりもリッチ側となるように、燃料噴射量を制御してしまうこととなる。

そこで、図５のヒータ制御処理では、素子温度が特定温度Ｔｓ以上であると判定した場合には（Ｓ２３０：ＹＥＳ）、目標電圧Ｖｔを、通常値である基準値Ｖｒよりも補正値αだけ小さい値（Ｖｒ−α）に補正している（Ｓ２５０）。

そして、素子温度が特定温度Ｔｓ以上で且つ空燃比が理論空燃比である場合の酸素センサ出力電圧Ｖｓ（本実施形態では例えば０．４Ｖ）を、Ｖｓｄとすると、補正値αは、補正後の目標電圧Ｖｔ（即ち、目標電圧Ｖｔの基準値Ｖｒよりも補正値αだけ小さい値）が、そのＶｓｄと同じになる値に設定されている。つまり、補正値αは、基準値ＶｒからＶｓｄを引いた値であり、本実施形態では例えば０．２Ｖに設定されている。

このため、酸素センサ１５の素子温度が特定温度Ｔｓ以上になった場合、図４の空燃比フィードバック制御処理では、実際の酸素センサ出力電圧Ｖｓが、通常の目標電圧（即ち、素子温度が特定温度Ｔｓ未満である場合の目標電圧）である基準値Ｖｒよりも補正値αだけ小さい値となるように、燃料噴射量を制御することとなる。

よって、エンジン３が高負荷状態で運転されて、酸素センサ１５の素子温度が特定温度Ｔｓ以上になった場合でも、実際の空燃比がリッチ側になってしまうことなく理論空燃比付近に維持されることとなり、三元触媒１３の排気ガス浄化能力が確保される。このように、本実施形態のＥＣＵ１によれば、酸素センサ出力電圧Ｖｓに基づき空燃比を理論空燃比にする制御の精度を、向上させることができる。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明するが、第１実施形態と同一または類似の構成要素などについては、その第１実施形態で用いた符号と同じ符号を用いるため、詳細な説明は省略する。また、このことは、後述する他の実施形態についても同様である。

第２実施形態のＥＣＵ１は、第１実施形態のＥＣＵ１と比較すると、下記（１−１），（１−２）の点が異なっている。
（１−１）マイコン２５は、図５のヒータ制御処理に代えて、図６のヒータ制御処理を実行する。

そして、図６のヒータ制御処理は、図５のヒータ制御処理と比較すると、Ｓ２４０に代えてＳ２４５が設けられている点と、Ｓ２５０に代えてＳ２５５が設けられている点とが異なっている。

即ち、図６のヒータ制御処理においては、Ｓ２３０で素子温度が特定温度Ｔｓ以上でないと判定した場合には、Ｓ２４５に進んで、補正フラグを、“補正無し”を意味する方の“０”に設定し、その後、Ｓ２６０に進む。また、Ｓ２３０で素子温度が特定温度Ｔｓ以上であると判定した場合には、Ｓ２５５に移行して、補正フラグを、“補正有り”を意味する方の“１”に設定し、その後、Ｓ２６０に進む。

（１−２）マイコン２５は、図４の空燃比フィードバック制御処理に代えて、図７の空燃比フィードバック制御処理を実行する。
そして、図７の空燃比フィードバック制御処理は、図４の空燃比フィードバック制御処理と比較すると、Ｓ１２０とＳ１３０との間に、Ｓ１２３とＳ１２５が追加されている。

即ち、図７の空燃比フィードバック制御処理においては、Ｓ１２０で酸素センサ出力電圧Ｖｓを検出した後、Ｓ１２３に進み、上記補正フラグが、“１”であるか否かを判定する。そして、補正フラグが“１”でない（“０”である）場合には、そのままＳ１３０に移行するが、補正フラグが“１”である場合には、Ｓ１２５に進み、Ｓ１２０で検出した酸素センサ出力電圧Ｖｓを補正値βだけ大きい値に補正した後、Ｓ１３０に進む。

このため、補正フラグが、“１”である場合、Ｓ１３０とＳ１５０との各々では、Ｓ１２５で補正された酸素センサ出力電圧Ｖｓの検出値（＝Ｖｓ＋β）と目標電圧Ｖｔとの大小を判定することとなる。そして、補正値βは、前述した補正値α（＝０．２Ｖ）と同じ値である。そして更に、図７におけるＳ１３０とＳ１５０との各々で、酸素センサ出力電圧Ｖｓの検出値と大小判定するのに用いる目標電圧Ｖｔは、前述した基準値Ｖｒ（＝０．６Ｖ）である。

つまり、本第２実施形態のＥＣＵ１では、素子温度が特定温度Ｔｓ以上の場合には、空燃比フィードバック制御処理で目標電圧Ｖｔ（＝Ｖｒ）との大小が判定される酸素センサ出力電圧Ｖｓの検出値（即ち、燃料噴射量を制御するのに用いられる酸素センサ出力電圧Ｖｓの検出値）を、補正値βだけ大きい値に補正している。

そして、このような第２実施形態のＥＣＵ１によっても、第１実施形態のＥＣＵ１と同様に、酸素センサ１５の素子温度が特定温度Ｔｓ以上になると、図７の空燃比フィードバック制御処理では、実際の酸素センサ出力電圧Ｖｓが、通常の目標電圧である基準値Ｖｒよりも補正値β（＝α）だけ小さい値となるように、燃料噴射量を制御することとなる。よって、第１実施形態と同じ効果が得られる。

尚、例えば、第１実施形態の補正値αを０．２５Ｖとし、第２実施形態の補正値βを０．２Ｖにするといった具合に、補正値αと補正値βは異なる値であっても良い。
［第３実施形態］
第３実施形態のＥＣＵ１は、第１実施形態のＥＣＵ１と比較すると、マイコン２５が、補正値αを変更する処理として、図８の補正値変更処理を実行する点が異なっている。

マイコン２５は、酸素センサ１５の素子温度を推定可能な状況になったことを検知すると、図８の補正量変更処理を実行する。
尚、素子温度を推定可能な状況は、例えば、素子温度が外気温と同じになっていると推定できる状況であり、例えば、エンジン３が停止してから一定時間が経過しているとか、エンジン３の冷却水温が所定範囲の値であるとか、エンジンオイルの温度が所定範囲の値である、といった状況である。

そして、図８に示すように、マイコン２５は、補正値変更処理を開始すると、まずＳ３１０にて、酸素センサ１５の素子（センサ部１７）の劣化度合を、下記（ａ）〜（ｄ）の手順で判定する。

（ａ）まず、外気温を検出し、その外気温を素子温度として推定する。尚、外気温は、例えば、外気温センサからの信号に基づいて検出することができる。
（ｂ）次に、推定した素子温度から、素子インピーダンスを推定する。具体的には、前述した温度算出用マップ（図３参照）から、上記（ａ）で推定した素子温度に対応する素子インピーダンスを、補間演算などによって算出する。そして、その算出した素子インピーダンスを、インピーダンス基準値として記憶する。

（ｃ）実際の素子インピーダンスを、前述した（１）〜（６）の手順で検出する。
（ｄ）上記（ｃ）で検出した素子インピーダンスと上記（ｂ）で記憶したインピーダンス基準値との差分ΔＺを算出し、その差分ΔＺから素子の劣化度合を判定する。

つまり、素子が劣化すると、素子インピーダンスが大きくなるため、差分ΔＺの絶対値が大きいほど、素子の劣化度合が大きいと判定する。
例えば、本実施形態では、差分ΔＺの絶対値の範囲として、最も小さい第１範囲から最も大きい第ｎ範囲（但しｎは２以上の整数）までの、ｎ個の範囲を設けており、更に、そのｎ個の各範囲に対応して、素子の劣化度合を示す劣化レベル値（１〜ｎ）を設けている。そして、算出した差分ΔＺの絶対値が所属する範囲に対応した劣化レベル値を、素子の劣化度合を示す劣化レベル値として決定する。

このようなＳ３１０にて素子の劣化度合を判定した後、Ｓ３２０に進み、判定した劣化度合に応じて、補正値αを変更する。
本実施形態の酸素センサ１５では、素子の劣化度合が大きくなると、素子の出力電圧が低下する。このため、Ｓ３２０では、上記Ｓ３１０で決定した劣化レベル値に応じて、その劣化レベル値が大きい場合ほど、補正値αを大きい値に変更する。例えば、劣化レベル値が０ならば、補正値αを標準値の０．２Ｖにし、劣化レベル値が１ならば、補正値αを０．２Ｖよりも大きい０．２２Ｖに変更し、劣化レベル値が２ならば、補正値αを０．２４Ｖに変更する。

そして、上記Ｓ３２０の処理を行った後、当該補正値変更処理を終了する。
以上のような第３実施形態のＥＣＵ１によれば、酸素センサ１５の素子が劣化しても、空燃比の良好な制御精度を維持することができる。そして、この第３実施形態の内容は、第２実施形態に対しても同様に適用することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

例えば、上記各実施形態では、理論空燃比が目標空燃比であったが、目標空燃比は、理論空燃比以外の空燃比であっても良く、三元触媒１３の排気ガス浄化特性などに応じて適宜設定することができる。

また、前述した補正値α，βも、酸素センサ１５の種類や三元触媒１３の種類などに応じて、適宜設定することができる。また、特定温度Ｔｓも７００℃以外の温度でも良い。
また、上記各実施形態では、酸素センサ１５の素子温度（センサ部１７の温度）を、素子インピーダンスから推定して検出するようになっていたが、例えば、温度センサを設けて直接検出しても良い。

１…ＥＣＵ、３…エンジン（内燃機関）、１５…酸素センサ、１７…センサ部、２５…マイコン

Claims (5)

1. 内燃機関（３）の吸入混合気の空燃比によって変化する排気ガス中の酸素濃度に応じて出力電圧が変化するセンサ部（１７）を有した酸素センサ（１５）から、前記出力電圧を入力して該出力電圧を検出し、その出力電圧の検出値が目標空燃比に相当する目標電圧となるように、前記内燃機関への燃料噴射量を制御するフィードバック制御手段（２５，Ｓ１２０，Ｓ１３０〜Ｓ１６０）と、
   前記センサ部の温度を検出する温度検出手段（２５，Ｓ２１０，Ｓ２２０）と、
   前記温度検出手段により検出された前記センサ部の温度が特定温度以上の場合には、前記フィードバック制御手段に、前記出力電圧の検出値が前記目標電圧よりも所定の補正値だけ小さい値となるように前記燃料噴射量を制御させる制御変更手段（２５，Ｓ２３０，Ｓ２４０，Ｓ２５０，Ｓ２４５，Ｓ２５５，Ｓ１２３，Ｓ１２５）と、
   を備えることを特徴とする空燃比制御装置。
2. 請求項１に記載の空燃比制御装置において、
   前記制御変更手段（２５，Ｓ２３０，Ｓ２４０，Ｓ２５０）は、
   前記センサ部の温度が前記特定温度以上の場合には、前記フィードバック制御手段が前記燃料噴射量を制御するのに用いる前記目標電圧を、前記補正値だけ小さい値に補正すること、
   を特徴とする空燃比制御装置。
3. 請求項１に記載の空燃比制御装置において、
   前記制御変更手段（２５，Ｓ２３０，Ｓ２４５，Ｓ２５５，Ｓ１２３，Ｓ１２５）は、
   前記センサ部の温度が前記特定温度以上の場合には、前記フィードバック制御手段が前記燃料噴射量を制御するのに用いる前記出力電圧の検出値を、前記補正値だけ大きい値に補正すること、
   を特徴とする空燃比制御装置。
4. 請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の空燃比制御装置において、
   前記センサ部の劣化度合を判定する劣化判定手段（２５，Ｓ３１０）と、
   前記劣化判定手段により判定された劣化度合に応じて、前記補正値を変更する補正値変更手段（２５，Ｓ３２０）と、
   を備えることを特徴とする空燃比制御装置。
5. 請求項１ないし請求項４の何れか１項に記載の空燃比制御装置において、
   前記目標電圧よりも前記補正値だけ小さい値は、
   前記センサ部の温度が前記特定温度以上で、且つ、前記空燃比が前記目標空燃比である場合に、前記センサ部が出力する電圧の値であること、
   を特徴とする空燃比制御装置。

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