JP2017014914A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】消費電力を小さく抑えつつ機関自動停止後の再始動時にも排気空燃比を適切に制御することができるようにする。【解決手段】自動停止可能な内燃機関は、排気浄化触媒２０と、上流側空燃比センサ４０と、下流側空燃比センサ４１と、空燃比センサを加熱するセンサヒータ５６とを具備する。制御装置は、排気ガスの空燃比を制御する空燃比制御部と、空燃比センサの加熱を制御する加熱制御部とを具備する。加熱制御部は、内燃機関の自動停止中には、上流側空燃比センサの温度を活性温度以上に下流側空燃比センサの温度を活性温度未満に制御する。空燃比制御部は、機関運転中において、両空燃比センサの出力に基づいて排気ガスの空燃比を制御すると共に、自動停止後に内燃機関が再始動された後には、機関運転中であっても一時的に、下流側空燃比センサの出力を利用せずに上流側空燃比センサの出力に基づいて排気ガスの空燃比を制御する。【選択図】図６

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒と、排気浄化触媒よりも排気流れ方向上流側において排気通路に設けられた上流側空燃比センサと、排気浄化触媒よりも排気流れ方向下流側において排気通路に設けられた下流側空燃比センサと、上流側空燃比センサを加熱する上流側センサヒータと、下流側空燃比センサを加熱する下流側センサヒータとを具備する、自動停止可能な内燃機関で用いられる制御装置が知られている（例えば、特許文献１）。

斯かる制御装置では、例えば、内燃機関の停止中には上流側センサヒータ及び下流側センサヒータによる上流側空燃比センサ及び下流側空燃比センサの加熱は行われない。そして、内燃機関を冷間始動するとき、或いは自動停止により停止された内燃機関を再始動するときには、上流側センサヒータ及び下流側センサヒータによって上流側空燃比センサ及び下流側空燃比センサの加熱を行うようにしている。特に、特許文献１に記載された制御装置では、内燃機関の停止態様や内燃機関の停止時間等に応じて、内燃機関の始動又は再始動後の上流側空燃比センサ及び下流側空燃比センサの加熱を制御するようにしている。特許文献１によれば、これにより排気系に残存している凝縮水による空燃比センサの故障を防止することができるとされている。

特開２０１０−１８５３８６号公報

ところで、特許文献１の制御装置では、内燃機関の停止中にはセンサヒータによる空燃比センサの加熱が行われず、内燃機関の再始動後に空燃比センサの加熱が行われる。しかしながら、空燃比センサの温度が活性温度未満であるときにセンサヒータによって空燃比センサを活性温度以上にまで上昇させるには或る程度の時間がかかる。したがって、自動停止による内燃機関の停止中に空燃比センサの温度が活性温度未満に低下してしまうと、内燃機関の再始動後に空燃比センサの温度が活性温度以上にまで上昇するのには或る程度の時間がかかる。このため、内燃機関の再始動後、或る程度の時間に亘って上流側空燃比センサ及び下流側空燃比センサの両空燃比センサにおいて排気ガスの空燃比を正確に検出することができず、よって排気ガスの空燃比を適切に制御することができなくなる。

一方、自動停止よる内燃機関の停止中に上流側空燃比センサ及び下流側空燃比センサをセンサヒータにより加熱して、内燃機関の停止中にもこれら空燃比センサの温度を活性温度以上に維持することも考えられる。しかしながら、自動停止による内燃機関の停止中に常にこれら両空燃比センサの温度を活性温度以上に維持するためには、センサヒータに大きな電力が必要になり、最終的には内燃機関の燃費の悪化につながる。

そこで、上記課題に鑑みて、本発明の目的は、センサヒータによる電力消費を小さく抑えつつ、機関再始動直後において排気ガスの空燃比を適切に制御することができる内燃機関の制御装置を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その要旨は以下のとおりである。

（１）内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒と、該排気浄化触媒よりも排気流れ方向上流側において前記排気通路に設けられた上流側空燃比センサと、前記排気浄化触媒よりも排気流れ方向下流側において前記排気通路に設けられた下流側空燃比センサと、前記上流側空燃比センサを加熱する上流側センサヒータと、前記下流側空燃比センサを加熱する下流側センサヒータとを具備する、自動停止可能な内燃機関に用いられる内燃機関の制御装置であって、前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を制御する空燃比制御部と、前記上流側センサヒータによる前記上流側空燃比センサの加熱及び前記下流側センサヒータによる前記下流側空燃比センサの加熱を制御する加熱制御部とを具備し、前記加熱制御部は、前記内燃機関の自動停止中には、前記上流側空燃比センサの温度が活性温度以上になるように且つ前記下流側空燃比センサの温度がその活性温度未満になるように前記上流側センサヒータと前記下流側センサヒータとを制御し、前記空燃比制御部は、機関運転中において、前記上流側空燃比センサの出力と前記下流側空燃比センサの出力とに基づいて前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を制御すると共に、前記自動停止後に前記内燃機関が再始動された場合、機関運転中であっても再始動時点から一時的に、前記下流側空燃比センサの出力を利用せずに前記上流側空燃比センサの出力に基づいて前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を制御する、内燃機関の制御装置。

（２）前記加熱制御部は、前記内燃機関の自動停止中には、機関運転中に比べて、前記上流側空燃比センサの温度が低くなるように、前記下流側センサヒータを制御する、上記（１）に記載の内燃機関の制御装置。

（３）前記加熱制御部は、機関運転中において、前記上流側空燃比センサの温度をその周りを大気ガスが流れるときあっても限界電流が生じるような第１温度以上に制御し、且つ前記自動停止中には、前記上流側空燃比センサの温度を前記第１温度未満であってその活性温度以上に制御する、上記（２）に記載の内燃機関の制御装置。

（４）前記加熱制御部は、前記自動停止後に前記内燃機関が再始動された後には、前記下流側空燃比センサの温度がその活性温度以上になるように前記下流側センサヒータを制御し、前記空燃比制御部は、前記自動停止後に前記内燃機関が再始動された場合、前記下流側空燃比センサの温度がその活性温度以上になるまでは、前記下流側空燃比センサの出力を利用せずに前記上流側空燃比センサの出力に基づいて前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を制御する、上記（１）〜（３）のいずれか一つに記載の内燃機関の制御装置。

（５）前記空燃比制御部は、前記下流側空燃比センサの出力を利用せずに前記上流側空燃比センサの出力に基づいて前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を制御するときには、前記上流側空燃比センサの出力に相当する空燃比が理論空燃比になるように流入する排気ガスの空燃比を制御する、上記（１）〜（４）のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。

（６）前記空燃比制御部は、前記上流側空燃比センサの出力と前記下流側空燃比センサの出力とに基づいて前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を制御するときには、前記上流側空燃比センサの出力に相当する空燃比が理論空燃比よりリッチなリッチ空燃比と理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比とに交互に変化するように流入する排気ガスの空燃比を制御する、上記（１）〜（５）のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。

本発明によれば、センサヒータによる電力消費を小さく抑えつつ、機関再始動直後において排気ガスの空燃比を適切に制御することができる内燃機関の制御装置が提供される。

図１は、本発明の異常診断装置が用いられている内燃機関を概略的に示す図である。 図２は、空燃比センサの概略的な断面図である。 図３は、各排気空燃比Ａ／Ｆにおける印加電圧Ｖと出力電流Ｉとの関係を示す図である。 図４は、印加電圧Ｖを一定にしたときの空燃比と出力電流Ｉとの関係を示す図である。 図５は、通常空燃比制御を行った場合における空燃比補正量等の変化を示すタイムチャートである。 図６は、内燃機関の自動停止機構の作動、空燃比制御モード等の変化を示すタイムチャートである。 図７は、上流ＦＢ空燃比制御が行われている図６の一部の期間中における空燃比補正量等の変化を示すタイムチャートである。 図８は、各排気空燃比Ａ／Ｆにおける印加電圧Ｖと出力電流Ｉとの関係を示す図である。 図９は、内燃機関の制御装置の機能ブロック図である。 図１０は、空燃比制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図１１は、通常空燃比制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。

＜内燃機関全体の説明＞
図１は、本発明の第一実施形態に係る制御装置が用いられる内燃機関を概略的に示す図である。図１を参照すると１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダブロック２内で往復動するピストン、４はシリンダブロック２上に固定されたシリンダヘッド、５はピストン３とシリンダヘッド４との間に形成された燃焼室、６は吸気弁、７は吸気ポート、８は排気弁、９は排気ポートをそれぞれ示す。吸気弁６は吸気ポート７を開閉し、排気弁８は排気ポート９を開閉する。

図１に示したようにシリンダヘッド４の内壁面の中央部には点火プラグ１０が配置され、シリンダヘッド４の内壁面周辺部には燃料噴射弁１１が配置される。点火プラグ１０は、点火信号に応じて火花を発生させるように構成される。また、燃料噴射弁１１は、噴射信号に応じて、所定量の燃料を燃焼室５内に噴射する。なお、燃料噴射弁１１は、吸気ポート７内に燃料を噴射するように配置されてもよい。また、本実施形態では、燃料として理論空燃比が１４．６であるガソリンが用いられる。しかしながら、本発明の排気浄化装置が用いられる内燃機関では、ガソリン以外の燃料、或いはガソリンとの混合燃料を用いてもよい。

各気筒の吸気ポート７はそれぞれ対応する吸気枝管１３を介してサージタンク１４に連結され、サージタンク１４は吸気管１５を介してエアクリーナ１６に連結される。吸気ポート７、吸気枝管１３、サージタンク１４、吸気管１５は吸気通路を形成する。また、吸気管１５内にはスロットル弁駆動アクチュエータ１７によって駆動されるスロットル弁１８が配置される。スロットル弁１８は、スロットル弁駆動アクチュエータ１７によって回動せしめられることで、吸気通路の開口面積を変更することができる。

一方、各気筒の排気ポート９は排気マニホルド１９に連結される。排気マニホルド１９は、各排気ポート９に連結される複数の枝部とこれら枝部が集合した集合部とを有する。排気マニホルド１９の集合部は上流側排気浄化触媒２０を内蔵した上流側ケーシング２１に連結される。上流側ケーシング２１は、排気管２２を介して下流側排気浄化触媒２４を内蔵した下流側ケーシング２３に連結される。排気ポート９、排気マニホルド１９、上流側ケーシング２１、排気管２２及び下流側ケーシング２３は、排気通路を形成する。

電子制御ユニット（ＥＣＵ）３１はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３２を介して相互に接続されたＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）３４、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３５、入力ポート３６及び出力ポート３７を具備する。吸気管１５には、吸気管１５内を流れる空気流量を検出するためのエアフロメータ３９が配置され、このエアフロメータ３９の出力は対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。また、排気マニホルド１９の集合部には排気マニホルド１９内を流れる排気ガス（すなわち、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガス）の空燃比を検出する上流側空燃比センサ４０が配置される。加えて、排気管２２内には排気管２２内を流れる排気ガス（すなわち、上流側排気浄化触媒２０から流出して下流側排気浄化触媒２４に流入する排気ガス）の空燃比を検出する下流側空燃比センサ４１が配置される。これら空燃比センサ４０、４１の出力も対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。なお、これら空燃比センサ４０、４１の構成については後述する。

また、アクセルペダル４２にはアクセルペダル４２の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ４３が接続され、負荷センサ４３の出力電圧は対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。クランク角センサ４４は例えばクランクシャフトが１５度回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パルスが入力ポート３６に入力される。ＣＰＵ３５ではこのクランク角センサ４４の出力パルスから機関回転数が計算される。一方、出力ポート３７は対応する駆動回路４５を介して点火プラグ１０、燃料噴射弁１１及びスロットル弁駆動アクチュエータ１７に接続される。

＜排気浄化触媒の説明＞
上流側排気浄化触媒２０及び下流側排気浄化触媒２４は、酸素吸蔵能力を有する三元触媒である。具体的には、排気浄化触媒２０、２４は、セラミックから成る担体に、触媒作用を有する貴金属（例えば、白金（Ｐｔ））及び酸素吸蔵能力を有する物質（例えば、セリア（ＣｅＯ₂））を担持させた三元触媒である。三元触媒は、三元触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比に維持されていると、未燃ＨＣ、ＣＯ等（以下、「未燃ガス」という）及びＮＯｘを同時に浄化する機能を有する。加えて、排気浄化触媒２０、２４に或る程度の酸素が吸蔵されている場合には、排気浄化触媒２０、２４に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比に対してリッチ側或いはリーン側に若干ずれたとしても未燃ガス及びＮＯｘとが同時に浄化される。

すなわち、排気浄化触媒２０、２４が酸素吸蔵能力を有していると、すなわち排気浄化触媒２０、２４の酸素吸蔵量が最大吸蔵可能酸素量よりも少ないと、排気浄化触媒２０、２４に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも若干リーンになったときには、排気ガス中に含まれる過剰な酸素が排気浄化触媒２０、２４内に吸蔵される。このため、排気浄化触媒２０、２４の表面上が理論空燃比に維持される。その結果、排気浄化触媒２０、２４の表面上において未燃ガス及びＮＯｘが同時に浄化され、このとき排気浄化触媒２０、２４から流出する排気ガスの空燃比は理論空燃比となる。

一方、排気浄化触媒２０、２４が酸素を放出することができる状態にあると、すなわち排気浄化触媒２０、２４の酸素吸蔵量が０よりも多いと、排気浄化触媒２０、２４に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも若干リッチになったときには、排気ガス中に含まれている未燃ガスを還元させるのに不足している酸素が排気浄化触媒２０、２４から放出される。このため、この場合にも排気浄化触媒２０、２４の表面上が理論空燃比に維持される。その結果、排気浄化触媒２０、２４の表面上において未燃ガス及びＮＯｘが同時に浄化され、このとき排気浄化触媒２０、２４から流出する排気ガスの空燃比は理論空燃比となる。

このように、排気浄化触媒２０、２４に或る程度の酸素が吸蔵されている場合には、排気浄化触媒２０、２４に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比に対してリッチ側或いはリーン側に若干ずれたとしても未燃ガス及びＮＯｘとが同時に浄化され、排気浄化触媒２０、２４から流出する排気ガスの空燃比は理論空燃比となる。

＜空燃比センサの説明＞
本実施形態では、空燃比センサ４０、４１として、コップ型の限界電流式空燃比センサが用いられる。図２を用いて、空燃比センサ４０、４１の構造について簡単に説明する。空燃比センサ４０、４１は、固体電解質層５１と、その一方の側面上に配置された排気側電極５２と、その他方の側面上に配置された大気側電極５３と、通過する排気ガスの拡散律速を行う拡散律速層５４と、基準ガス室５５と、空燃比センサ４０、４１の加熱、特に固体電解質層５１の加熱を行うヒータ部５６とを具備する。

特に、本実施形態のコップ型の空燃比センサ４０、４１では、固体電解質層５１は一端が閉じられた円筒状に形成される。固体電解質層５１の内部に画成された基準ガス室５５には、大気ガス（空気）が導入されると共に、ヒータ部５６が配置される。固体電解質層５１の内面上に大気側電極５３が配置され、固体電解質層５１の外面上に排気側電極５２が配置される。固体電解質層５１及び排気側電極５２の外面上にはこれらを覆うように拡散律速層５４が配置される。なお、拡散律速層５４の外側には、拡散律速層５４の表面上に液体等が付着するのを防止するための保護層（図示せず）が設けられてもよい。

固体電解質層５１は、ＺｒＯ₂（ジルコニア）、ＨｆＯ₂、ＴｈＯ₂、Ｂｉ₂Ｏ₃等にＣａＯ、ＭｇＯ、Ｙ₂Ｏ₃、Ｙｂ₂Ｏ₃等を安定剤として配当した酸素イオン伝導性酸化物の焼結体により形成されている。また、拡散律速層５４は、アルミナ、マグネシア、けい石質、スピネル、ムライト等の耐熱性無機物質の多孔質焼結体により形成されている。さらに、排気側電極５２及び大気側電極５３は、白金等の触媒活性の高い貴金属により形成されている。

また、排気側電極５２と大気側電極５３との間には、ＥＣＵ３１に搭載された印加電圧制御装置６０によりセンサ印加電圧Ｖが印加される。加えて、ＥＣＵ３１には、センサ印加電圧Ｖを印加したときに固体電解質層５１を介してこれら電極５２、５３間に流れる電流Ｉを検出する電流検出部６１が設けられる。この電流検出部６１によって検出される電流が空燃比センサ４０、４１の出力電流Ｉである。

このように構成された空燃比センサ４０、４１は、図３に示したような電圧−電流（Ｖ−Ｉ）特性を有する。図３からわかるように、空燃比センサ４０、４１の出力電流Ｉは、排気ガスの空燃比、すなわち排気空燃比Ａ／Ｆが高くなるほど（リーンになるほど）、大きくなる。また、各排気空燃比Ａ／ＦにおけるＶ−Ｉ線には、センサ印加電圧Ｖ軸に平行な領域、すなわちセンサ印加電圧Ｖが変化しても出力電流Ｉがほとんど変化しない領域が存在する。この電圧領域は限界電流領域と称され、このときの電流は限界電流と称される。図３では、排気空燃比が１８であるときの限界電流領域及び限界電流をそれぞれＷ₁₈、Ｉ₁₈で示している。

図４は、印加電圧Ｖを０．４５Ｖ程度（図３）で一定にしたときの、排気空燃比と出力電流Ｉとの関係を示している。図４からわかるように、空燃比センサ４０、４１では、排気空燃比が高くなるほど（すなわちリーンになるほど）、空燃比センサ４０、４１からの出力電流Ｉが大きくなるように、排気空燃比に対して出力電流がリニアに（比例するように）変化する。加えて、空燃比センサ４０、４１は、排気空燃比が理論空燃比であるときに出力電流Ｉが零になるように構成される。

なお、空燃比センサ４０、４１としては、図２に示した構造の限界電流式空燃比センサに代えて、例えば積層型の限界電流式空燃比センサ等の他の構造の限界電流式の空燃比センサを用いてもよい。また、空燃比センサ４０、４１として、電極間に電圧を印加せずに酸素濃度を検出する酸素センサを用いてもよい。

＜通常時の空燃比制御＞
次に、本実施形態の内燃機関の制御装置における通常時の空燃比制御（以下、「通常空燃比制御」という）の概要を説明する。本実施形態の通常空燃比制御では、上流側空燃比センサ４０の出力に相当する空燃比（以下、「出力空燃比」という）に基づいて上流側空燃比センサ４０の出力空燃比が目標空燃比となるように燃料噴射弁１１からの燃料噴射量を制御するフィードバック制御が行われる。すなわち、本実施形態の通常空燃比制御では、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比に基づいて上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比が目標空燃比となるようにフィードバック制御が行われる。なお、「出力空燃比」は、空燃比センサの出力値に相当する空燃比を意味する。

また、本実施形態の通常空燃比制御では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比等に基づいて目標空燃比が設定される。具体的には、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリッチ空燃比となったときに、目標空燃比がリーン設定空燃比に設定される。この結果、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比もリーン設定空燃比になる。ここで、リーン設定空燃比は、理論空燃比（制御中心となる空燃比）よりも或る程度リーンである予め定められた一定値の空燃比であり、例えば、１４．７５とされる。加えて、本実施形態では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が理論空燃比よりも僅かにリッチであるリッチ判定空燃比（例えば、１４．５５）以下になったときに、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比がリッチ空燃比になったと判断される。

加えて、本実施形態の通常空燃比制御では、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘよりも少ない予め定められた切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆ以上になると、それまでリーン設定空燃比だった目標空燃比がリッチ設定空燃比に設定される。この結果、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比もリッチ設定空燃比になる。ここで、リッチ設定空燃比は、理論空燃比（制御中心となる空燃比）よりも或る程度リッチである予め定められた空燃比であり、例えば、１４．５０とされる。なお、本実施形態では、リッチ設定空燃比の理論空燃比からの差（リッチ度合い）は、リーン設定空燃比の理論空燃比からの差（リーン度合い）以下とされる。

なお、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡは、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの酸素過不足量の積算値に基づいて推定される。ここで、酸素過不足量は、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比にしようとしたときに過剰となる酸素の量又は不足する酸素の量（過剰な未燃ガスの量）を意味する。特に、目標空燃比がリーン設定空燃比に設定されている期間中には、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガス中の酸素は過剰となり、この過剰な酸素は上流側排気浄化触媒２０に吸蔵される。したがって、この期間中における酸素過不足量の積算値（以下、「積算酸素過不足量」という）は、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡの推定値であるといえる。

酸素過不足量の算出は、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比、及びエアフロメータ３９の出力等に基づいて算出される燃焼室５内への吸入空気量の推定値又は燃料噴射弁１１からの燃料供給量等に基づいて行われる。具体的には、酸素過不足量ＯＥＤは、例えば、下記式（１）により算出される。
ＯＥＤ＝０．２３×Ｑｉ×（ＡＦｕｐ−ＡＦＲ） …（１）
ここで、０．２３は空気中の酸素濃度、Ｑｉは燃料噴射量、ＡＦｕｐは上流側空燃比センサ４０の出力空燃比、ＡＦＲは制御中心となる空燃比（本実施形態では、基本的には理論空燃比）をそれぞれ表している。

その後、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比が再びリッチ判定空燃比以下になると、目標空燃比が再びリーン設定空燃比とされ、その後、同様な操作が繰り返される。このように本実施形態では、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの目標空燃比がリーン設定空燃比とリッチ設定空燃比とに交互に繰り返し設定される。換言すると、本実施形態では、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比（すなわち、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比）がリッチ空燃比とリーン空燃比とに交互に切り替えられる。

＜タイムチャートを用いた通常空燃比制御の説明＞
図５を参照して、上述したような操作について具体的に説明する。図５は、本実施形態の通常空燃比制御を行った場合における、空燃比補正量ＡＦＣ、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐ、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡ、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎ、上流側空燃比センサ４０の温度Ｔｕｐ及び下流側空燃比センサ４１の温度Ｔｄｗｎのタイムチャートである。

なお、空燃比補正量ＡＦＣは、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの目標空燃比に関する補正量である。空燃比補正量ＡＦＣが０のときには目標空燃比は制御中心となる空燃比（以下、「制御中心空燃比」という）に等しい空燃比（本実施形態では、理論空燃比）とされる。一方、空燃比補正量ＡＦＣが正の値であるときには目標空燃比は制御中心空燃比よりもリーンな空燃比（本実施形態では、リーン空燃比）となり、空燃比補正量ＡＦＣが負の値であるときには目標空燃比は制御中心空燃比よりもリッチな空燃比（本実施形態では、リッチ空燃比）となる。また、「制御中心空燃比」は、機関運転状態に応じて空燃比補正量ＡＦＣを加算する対象となる空燃比、すなわち空燃比補正量ＡＦＣに応じて目標空燃比を変動させる際に基準となる空燃比を意味する。

図示した例では、時刻ｔ₁以前の状態では、空燃比補正量ＡＦＣがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈ（リッチ設定空燃比に相当）とされている。すなわち、目標空燃比はリッチ空燃比とされており、これに伴って上流側空燃比センサ４０の出力空燃比がリッチ空燃比となる。上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガス中に含まれている未燃ガスは、上流側排気浄化触媒２０で浄化され、これに伴って、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡは徐々に減少していく。上流側排気浄化触媒２０における浄化により上流側排気浄化触媒２０から流出する排気ガス中には未燃ガス等は含まれていないため、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎはほぼ理論空燃比となる。

上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが徐々に減少すると、酸素吸蔵量ＯＳＡはゼロに近づき、これに伴って、上流側排気浄化触媒２０に流入した未燃ガス等の一部は上流側排気浄化触媒２０で浄化されずに流出し始める。これにより、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが徐々に低下し、時刻ｔ₁において、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈに到達する。

本実施形態では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下になると、酸素吸蔵量ＯＳＡを増大させるべく、空燃比補正量ＡＦＣがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎ（リーン設定空燃比に相当）に切り替えられる。

時刻ｔ₁において、目標空燃比をリーン空燃比に切り替えると、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比はリッチ空燃比からリーン空燃比に変化する。時刻ｔ₁において上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比がリーン空燃比に変化すると、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡは増大する。

これにより、上流側排気浄化触媒２０から流出する排気ガスの空燃比が理論空燃比へと変化し、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎも理論空燃比に収束する。このとき、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比はリーン空燃比となっているが、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵能力には十分な余裕があるため、流入する排気ガス中の酸素は上流側排気浄化触媒２０に吸蔵され、ＮＯｘは還元浄化される。このため、上流側排気浄化触媒２０からのＮＯｘの排出はほぼゼロとなる。

その後、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが増大すると、時刻ｔ₂において、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆに到達する。本実施形態では、酸素吸蔵量ＯＳＡの推定値が切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆに以上になると、上流側排気浄化触媒２０への酸素の吸蔵を中止すべく、空燃比補正量ＡＦＣがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈに切り替えられる。したがって、目標空燃比はリッチ空燃比とされる。なお、切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆは、上流側排気浄化触媒２０が未使用であるときの最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘの３／４以下、好ましくは１／２以下、より好ましくは１／５以下とされる。この結果、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎが理論空燃比よりも僅かにリーンなリーン判定空燃比（例えば、１４．６５。理論空燃比からの偏差がリッチ判定空燃比と理論空燃比との差と同程度のリーン空燃比）に到達する前に空燃比補正量ＡＦＣがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈに切り替えられることになる。

時刻ｔ₂において目標空燃比をリッチ空燃比に切り替えると、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比はリーン空燃比からリッチ空燃比に変化する。上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガス中には未燃ガス等が含まれることになるため、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡは徐々に減少していく。このときの上流側排気浄化触媒２０からのＮＯｘの排出はほぼゼロとなる。

上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡは徐々に減少していくと、時刻ｔ₄において、時刻ｔ₁と同様に、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈに到達する。これにより、空燃比補正量ＡＦＣがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに切り替えられる。その後、上述した時刻ｔ₁〜ｔ₄のサイクルが繰り返される。

以上の説明から分かるように本実施形態によれば、上流側排気浄化触媒２０からのＮＯｘ排出量を常に抑制することができる。すなわち、上述した制御を行っている限り、基本的には上流側排気浄化触媒２０からのＮＯｘ排出量をほぼゼロとすることができる。また、積算酸素過不足量を算出する際の積算期間が短いため、長期間に亘って積算する場合に比べて算出誤差が生じにくい。このため、積算酸素過不足量の算出誤差によりＮＯｘが排出されてしまうことが抑制される。

なお、このような本実施形態における空燃比補正量ＡＦＣの制御、すなわち目標空燃比の制御は、内燃機関の制御装置として機能するＥＣＵ３１によって行われる。したがって、ＥＣＵ３１は、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比を制御する空燃比制御部を具備するといえる。具体的には、空燃比制御部は、下流側空燃比センサ４１によって検出された排気ガスの空燃比がリッチ判定空燃比以下となったときに、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆ以上になったと推定されるまで、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの目標空燃比を継続的又は断続的にリーン空燃比に設定すると共に、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆ以上になったと推定されたときに、酸素吸蔵量ＯＳＡが最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘに達することなく下流側空燃比センサ４１によって検出された排気ガスの空燃比がリッチ判定空燃比以下となるまで、目標空燃比を継続的又は断続的にリッチ空燃比に設定しているといえる。

より簡単に言えば、本実施形態では、ＥＣＵ３１の空燃比制御部は、下流側空燃比センサ４１によって検出された空燃比がリッチ判定空燃比以下になったときに目標空燃比（すなわち、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比）をリーン空燃比に切り替えると共に、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆ以上になったときに目標空燃比（すなわち、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比）をリッチ空燃比に切り替えているといえる。

＜通常空燃比制御時のセンサ温度制御＞
ところで、空燃比センサ４０、４１は、その温度が活性温度（例えば、５００℃）未満であると、空燃比センサ４０、４１周りの排気ガスの空燃比に応じた電流を出力することができない。したがって、空燃比センサ４０、４１が活性温度未満であると、空燃比センサ４１によって空燃比センサ４１周りの排気ガスの空燃比を正確に検出することができない。このため、空燃比センサ４０、４１によって排気ガスの空燃比を検出するときには、空燃比センサ４０、４１の温度を活性温度以上に維持することが必要になる。

このため、上述した通常空燃比制御を行っている際には、ヒータ部５６により空燃比センサ４０、４１が、特に空燃比センサ４０、４１の固体電解質層５１が加熱される。これにより、図５に示したように、上流側空燃比センサ４０の温度Ｔｕｐも、下流側空燃比センサ４１の温度Ｔｄｗｎも、活性温度Ｔａｃｔ以上に維持される。特に、本実施形態では、活性温度Ｔａｃｔよりも或る程度高い温度（例えば、７００℃）程度まで加熱され、その温度に維持される。これにより、空燃比センサ４０、４１によって空燃比センサ４０、４１周りの排気ガスの空燃比を正確に検出することができるようになる。

なお、このような空燃比センサ４０、４１の温度制御は、内燃機関の制御装置として機能するＥＣＵ３１によって行われる。したがって、ＥＣＵ３１は、上流側空燃比センサ４０のヒータ部５６による上流側空燃比センサ４０の加熱及び下流側空燃比センサ４１のヒータ部５６による下流側空燃比センサ４１の加熱を制御する加熱制御部を具備するといえる。加熱制御部は、内燃機関の運転中において、上流側空燃比センサ４０の温度及び下流側空燃比センサ４１の温度がいずれも活性温度以上の所定温度になるようにこれら空燃比センサ４０、４１のヒータ部５６を制御している。

具体的には、本実施形態では、空燃比センサ４０、４１の温度が、例えば、電極５２、５３間のインピーダンスに基づいて算出される。そして、算出された空燃比センサ４０、４１の温度が目標温度になるように空燃比センサ４０、４１のヒータ部５６がフィードバック制御される。上述したように、通常空燃比制御を行っている際には、この目標温度が活性温度よりも或る程度高い温度（例えば、７００℃）に設定されることになる。

＜内燃機関の自動停止＞
ところで、内燃機関を搭載した車両の一部は、イグニッションキーがＯＮになった状態で内燃機関が一時的に自動停止する自動停止機能を有する。このような自動停止が行われる機構の一つの例としては、機関自動停止・再始動機構が挙げられる。機関自動停止・再始動機構では、例えば、車両が信号待ち等によって停車しているときに一時的に内燃機関が自動的に停止せしめられる。

具体的には、機関自動停止・再始動機構では、例えば、ドライバーによってブレーキペダル（図示せず）が踏み込まれていて且つ内燃機関を搭載した車両の速度が所定の速度以下であるときに内燃機関が自動的に停止される。一方、機関自動停止・再始動装置では、ドライバーによるブレーキペダルの踏み込み量がほぼゼロになると、内燃機関が自動的に再始動せしめられる。これにより、従来の内燃機関がアイドル運転を行うような期間に内燃機関を停止させることができ、よって内燃機関の燃費を増大させることができる。

また、自動停止が行われる機構の別の例としては、内燃機関とモータとによって車両を駆動するハイブリッド機構が挙げられる。ハイブリッド機構では、例えば、車両の低速走行時にはモータの動力にみによって車両が走行せしめられると共に、車両の中高速走行時にはモータに加えて内燃機関の動力によって車両が走行せしめられる。したがって、ハイブリッド機構では、停車中のみならず車両の低速走行時においても内燃機関が自動的に停止せしめられる。加えて、車両の走行速度が或る程度の速度以上になるか或いはアクセルペダル４２の踏み込み量が或る一定以上になると、内燃機関が自動的に再始動せしめられる。或いは、モータを駆動するためのバッテリの充電容量が一定以下になったとき等にも内燃機関が自動的に再始動せしめられる。

＜自動停止が行われたときの問題点＞
ところで、内燃機関の停止中には上述した通常空燃比制御を行う必要がない。したがって、内燃機関の停止中には、空燃比センサ４０、４１の出力は内燃機関や車両の制御のために利用されない。一方、空燃比センサ４０、４１においてヒータ部５６により空燃比センサ４０、４１の温度を活性温度Ｔａｃｔ以上に保つには相当な電力を消費する。特に、内燃機関の停止中には空燃比センサ４０、４１の周りに高温の排気ガスが流れてこないため、空燃比センサ４０、４１の温度を活性温度Ｔａｃｔ以上に保つのに必要な電力が増大する。

このため、内燃機関の自動停止機能により内燃機関が自動的に停止された場合には、内燃機関の停止中には空燃比センサ４０、４１のヒータ部５６への電力供給を停止することが考えられる。これにより、空燃比センサ４０、４１における電力消費を抑制することができる。

しかしながら、この場合、内燃機関の停止中に、空燃比センサ４０、４１の温度はその活性温度Ｔａｃｔ未満に低下することも多い。このように空燃比センサ４０、４１の温度が活性温度未満に低下してしまうと、内燃機関の再始動後に空燃比センサ４０、４１の温度が活性温度Ｔａｃｔ以上にまで上昇するのに或る程度の時間がかかる。そして、内燃機関が再始動されてから空燃比センサ４０、４１の温度が活性温度Ｔａｃｔ以上に上昇するまでの期間中には空燃比センサ４０、４１によって排気ガスの空燃比を正確に検出することができず、よって上述した通常空燃比を行うことができない。この結果、斯かる期間中には排気エミッションが悪化する可能性がある。

一方、内燃機関の自動停止機能により内燃機関が自動的に停止された場合であっても、空燃比センサ４０、４１のヒータ部５６への電力供給を続けることも考えられる。これにより、内燃機関の停止中においても空燃比センサ４０、４１の温度を活性温度Ｔａｃｔ以上に維持することができるようになる。この結果、内燃機関が再始動された場合、再始動直後から空燃比センサ４０、４１を用いて空燃比制御を行うことができるため、再始動時における排気エミッションの悪化を抑制することができる。

しかしながら、内燃機関の自動停止機能により内燃機関が自動的に停止された場合に、内燃機関の停止中には空燃比センサ４０、４１の出力は利用されない。それにも関わらず、内燃機関の停止中に空燃比センサ４０、４１の温度が活性温度に維持されるため、空燃比センサ４０、４１において不必要に電力が消費されることになり、ひいては燃費の悪化を招く。

＜本実施形態における制御＞
そこで、本実施形態の内燃機関の制御装置では、加熱制御部は、内燃機関の自動停止中には、上流側空燃比センサ４０の温度がその活性温度以上になるように上流側空燃比センサ４０のヒータ部５６を制御するようにしている。加えて、加熱制御部は、内燃機関の自動停止中には、下流側空燃比センサ４１の温度がその活性温度未満になるように下流側空燃比センサ４１のヒータ部５６を制御するようにしている。また、加熱制御部は、自動停止後に内燃機関が再始動された後には、上流側空燃比センサ４０のみならず下流側空燃比センサ４１の温度がその活性温度になるように下流側空燃比センサ４１のヒータ部５６を制御するようにしている。

さらに、本実施形態の内燃機関の制御装置では、空燃比制御部は、機関運転中において、上述したように、上流側空燃比センサ４０の出力と下流側空燃比センサ４１の出力とに基づいて上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比を制御するようにしている。加えて、空燃比制御部は、自動停止後に内燃機関が再始動された後には、機関運転中であっても一時的に、下流側空燃比センサ４１の出力を利用せずに上流側空燃比センサ４０の出力に基づいて上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比を制御するようにしている。また、空燃比制御部は、自動停止後に内燃機関が再始動された場合、下流側空燃比センサ４１の温度がその活性温度以上になったとき以降には、上流側空燃比センサ４０の出力と下流側空燃比センサ４１の出力とに基づいて上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比を制御するようにしている。

図６は、内燃機関の自動停止機構の作動、空燃比制御モード、上流側空燃比センサ４０の温度Ｔｕｐ及び下流側空燃比センサ４１の温度Ｔｄｗｎのタイムチャートである。図中の上流側空燃比センサ４０の温度Ｔｕｐにおける破線は上流側空燃比センサ４０の目標温度を表しており、下流側空燃比センサ４１の温度Ｔｄｗｎにおける破線は下流側空燃比センサ４１の目標温度を表している。また、空燃比制御モードにおける「通常制御」は、図５を参照して上述した通常空燃比制御が行われる制御モードである。また、空燃比制御モードにおける「上流ＦＢ制御」は、図７を参照して後述する上流ＦＢ空燃比制御が行われる制御モードである。加えて、空燃比制御モードにおける「制御停止」は、空燃比制御が行われない制御モードである。

図６に示した例では、時刻ｔ₁以前においては、内燃機関は自動停止機能により自動停止されておらず、運転中となっている。このとき、空燃比制御モードは、通常制御モードとなっており、よって図５を参照して説明した通常空燃比制御が行われる。したがって、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐに基づいて、出力空燃比ＡＦｕｐが目標空燃比になるようにフィードバック制御が行われる。加えて、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎに基づいて目標空燃比が設定される。具体的には、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下になったときに空燃比補正量ＡＦＣがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈからリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに切り替えられる。

また、時刻ｔ₁以前においては、上流側空燃比センサ４０の目標温度及び下流側空燃比センサ４１の目標温度は、活性温度（例えば、５００℃）以上の高い第１温度（例えば、７００℃）Ｔｃ₁に設定される。これにより、空燃比センサ４０、４１のヒータ部５６はこれら空燃比センサ４０、４１の温度が第１温度Ｔｃ₁になるように制御される。図示した例では、時刻ｔ₁以前において、空燃比センサ４０、４１の温度は、第１温度Ｔｃ₁に維持されている。

図６に示した例では、時刻ｔ₁において、内燃機関は自動停止機能により自動停止せしめられる。これにより、燃料噴射弁１１からの燃料供給は行われなくなる。このため、空燃比制御モードが通常制御モードから制御停止モードへと切り替えられる。この結果、燃料噴射弁１１からの燃料供給量を決める制御である空燃比制御が行われなくなる。

また、本実施形態では、時刻ｔ₁において、内燃機関が自動停止機能により自動停止せしめられると、上流側空燃比センサ４０の目標温度が第２温度（例えば、６００℃）Ｔｃ₂まで低下せしめられる。しかしながら、上流側空燃比センサ４０の目標温度はその活性温度Ｔａｃｔ以上の温度とされる。時刻ｔ₁以降、上流側空燃比センサ４０のヒータ部５６は、上流側空燃比センサ４０の温度Ｔｕｐが第２温度Ｔｃ₂になるように制御される。

一方、時刻ｔ₁においては、下流側空燃比センサ４１の目標温度も低下せしめられる。下流側空燃比センサ４１の目標温度はその活性温度Ｔａｃｔ未満の第３温度（例えば、２００℃）に低下せしめられる。したがって、時刻ｔ₁以降、下流側空燃比センサ４１のヒータ部５６は、下流側空燃比センサ４１の温度Ｔｄｗｎが第３温度Ｔｃ₃になるように制御される。特に、本実施形態では、第３温度Ｔｃ₃は、下流側空燃比センサ４１のヒータ部５６への通電を停止しても或る程度の時間に亘って下流側空燃比センサ４１の温度Ｔｄｗｎが到達しないような温度とされる。結果的に、本実施形態では、時刻ｔ₁以降、下流側空燃比センサ４１のヒータ部５６への通電が停止せしめられる。

なお、図６に示した例では、内燃機関が自動停止機能により自動停止されている間、下流側空燃比センサ４１の目標温度を第３温度Ｔｃ₃に設定するのではなく、単に下流側空燃比センサ４１への通電を停止するようにしてもよい。このように通電を停止することによっても、下流側空燃比センサ４１の温度を活性温度Ｔａｃｔ未満にすることができる。

その後、図６に示した例では、時刻ｔ₂において、自動停止機構による自動停止が終了せしめられる。したがって、時刻ｔ₂において、内燃機関が再始動せしめられる。また、時刻ｔ₂において、上流側空燃比センサ４０の目標温度及び下流側空燃比センサ４１の目標温度は共に第１温度Ｔｃ₁に切り替えられる。

ここで、時刻ｔ₂において、上流側空燃比センサ４０の温度は活性温度Ｔａｃｔ以上の第２温度Ｔｃ₂になっている。加えて、下流側空燃比センサ４１の温度は活性温度Ｔａｃｔ未満の第３温度Ｔｃ₃になっている。したがって、時刻ｔ₂の時点で、上流側空燃比センサ４０の出力は正確に排気空燃比を表しているが、下流側空燃比センサ４１の出力は排気空燃比を表していない可能性がある。

また、時刻ｔ₂において空燃比センサ４０、４１の目標温度が第１温度Ｔｃ₁に切り替えられるため、これら空燃比センサ４０、４１のヒータ部５６により加熱が行われる。しかしながら、下流側空燃比センサ４１の温度をヒータ部５６の加熱により活性温度Ｔａｃｔ以上にまで上昇させるには或る程度時間がかかる。したがって、時刻ｔ₂から或る程度の時間に亘って、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比を用いて空燃比制御を行うことができない。

そこで、本実施形態では、時刻ｔ₂において、内燃機関が再始動せしめられると、上述した通常空燃比制御ではなく、後述する上流ＦＢ空燃比制御が行われる。上流ＦＢ空燃比制御では、後述するように、下流側空燃比センサ４１の出力を利用せずに上流側空燃比センサ４０の出力に基づいて上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比が制御される。

その後、図６に示した例では、時刻ｔ₃において、下流側空燃比センサ４１の温度が活性温度Ｔａｃｔ以上に上昇する。したがって、時刻ｔ₃以降は、下流側空燃比センサ４１の出力は正確に排気空燃比を表している。このため、本実施形態では、自動停止後に内燃機関が再始動された場合、下流側空燃比センサ４１の温度Ｔｄｗｎがその活性温度Ｔａｃｔ以上になった時刻ｔ₃以降には、上述した通常空燃比制御が行われる。上述したように、通常空燃比制御では、上流側空燃比センサ４０の出力と下流側空燃比センサ４１の出力とに基づいて上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比が制御される。

＜上流ＦＢ空燃比制御＞
次に、図７を参照して、図６の時刻ｔ₂〜ｔ₃において行われる上流ＦＢ空燃比制御について説明する。図７は、上流ＦＢ空燃比制御が行われている図６の時刻ｔ₂〜ｔ₃のうちの一部の期間中における空燃比補正量ＡＦＣ等のタイムチャートである。

図７に示したように、上流ＦＢ空燃比制御が行われているときには、空燃比補正量ＡＦＣはゼロに維持される。したがって、目標空燃比が理論空燃比に維持されることになる。このため、上流ＦＢ空燃比制御では、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比が理論空燃比になるようにフィードバック制御される。

また、上述した通常空燃比制御では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比に基づいて目標空燃比が制御されていた。しかしながら、上流ＦＢ空燃比制御では、目標空燃比は理論空燃比に維持されるため、目標空燃比の設定にあたって下流側空燃比センサ４１の出力空燃比は用いられない。この結果、上流ＦＢ空燃比制御では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比は用いられない。特に、上流ＦＢ空燃比制御では、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比のみに基づいて制御が行われる。

このような上流ＦＢ空燃比制御を行うことにより、機関本体から排出される排気ガスの空燃比はほぼ理論空燃比に維持される。このため、上流ＦＢ空燃比制御の実行中には、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐはほぼ理論空燃比に維持される。また、これに伴って、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡは一定のまま維持される。

このように上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比はほぼ理論空燃比となっているため、上流側排気浄化触媒２０から流出する排気ガスの空燃比もほぼ理論空燃比に維持される。したがって、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比はほぼ理論空燃比になるはずである。しかしながら、図７に示した例では、下流側空燃比センサ４１の温度Ｔｄｗｎがその活性温度Ｔａｃｔ未満になっているため、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎは実際の空燃比とは異なる空燃比となる。図示した例では、出力空燃比ＡＦｄｗｎは理論空燃比よりも低い空燃比になっている。また、図７に示した例では、下流側空燃比センサ４１の温度が徐々に活性温度Ｔａｃｔに近づいており、これに伴って下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎも理論空燃比に向かって変化している。

＜本実施形態における制御による効果等＞
上述したように、本実施形態によれば、内燃機関の自動停止中に、下流側空燃比センサ４１の温度が活性温度Ｔａｃｔ未満に低下せしめられる。このため、内燃機関の自動停止中に下流側空燃比センサ４１の温度Ｔｄｗｎを活性温度Ｔａｃｔ以上に維持するために電力が消費されるのが抑制される。その結果、本実施形態によれば、内燃機関における燃費を改善することができる。

また、本実施形態によれば、自動停止後に内燃機関を再始動させた直後には、下流側空燃比センサ４１の出力を用いずに上流側空燃比センサ４０の出力に基づいてフィードバック制御が行われる（上流ＦＢ空燃比制御）。このように上流側空燃比センサ４０の出力のみに基づいてフィードバック制御を行っても、短期間であれば、上流側排気浄化触媒２０から未燃ガスやＮＯｘをほとんど流出させずに維持することができる。したがって、自動停止後に内燃機関を再始動させた直後においても、排気エミッションはほとんど悪化しない。したがって、本実施形態によれば、空燃比センサ４０、４１のヒータ部５６における電力消費を小さく抑えつつ、機関再始動直後における排気エミッションの悪化を抑制することができる。

また、本実施形態では、図６に示した時刻ｔ₃において下流側空燃比センサ４１の温度Ｔｄｗｎが活性温度Ｔａｃｔ以上になると、上流ＦＢ空燃比制御から通常空燃比制御に切り替えられる。したがって、上流ＦＢ空燃比制御が行われる時間を短く抑えることができる。

ここで、仮に上流側空燃比センサ４０の出力空燃比が実際の空燃比からずれている場合、上流ＦＢ空燃比制御を長時間続けると、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡがゼロ又は最大吸蔵可能酸素量に到達する。したがって、この場合、上流側排気浄化触媒２０から未燃ガスやＮＯｘが流出してしまうことになる。しかしながら、下流側空燃比センサ４１を用いていない場合にはこのような未燃ガスやＮＯｘの上流側排気浄化触媒２０からの流出を検出することがでず、上流側排気浄化触媒２０から多量の未燃ガスやＮＯｘが流出する可能性がある。これに対して、本実施形態では、上流ＦＢ空燃比制御が行われる時間を短く抑えることができるため、上流側排気浄化触媒２０から未燃ガスやＮＯｘが多量に流出してしまうのを抑制することができる。

加えて、本実施形態では、内燃機関の自動停止中において、上流側空燃比センサ４０の温度が、内燃機関の運転中に比べて低下せしめられる。以下では、上流側空燃比センサ４０の温度をこのように設定している理由について説明する。

図８は、空燃比センサ４０、４１の電圧−電流（Ｖ−Ｉ）特性を示す、図３と同様な図である。図８中の実線は空燃比センサ４０、４１の温度が高い場合（例えば、７００℃）、破線は空燃比センサ４０、４１の温度が活性温度以上ながらも低い場合（例えば、６００℃）をそれぞれ示している。

図８に一点鎖線で示したように空燃比センサ４０、４１への印加電圧を０．４５Ｖとした場合を考える。この場合、空燃比センサ４０、４１の温度が高いと、図８の０．４５Ｖを示す一点鎖線は、様々な空燃比において限界電流領域と交わる。したがって、空燃比センサ４０、４１の温度が高いと、広い範囲の空燃比において空燃比を検出することができる。一方、空燃比センサ４０、４１の温度が低いと、図８の０．４５Ｖを示す一点鎖線は排気空燃比が理論空燃比近傍のときにのみ限界電流領域と交わる。したがって、空燃比センサ４０、４１の温度が低いと、排気空燃比を狭い範囲でのみしか検出することができない。

加えて、空燃比センサ４０、４１の温度が高いほど、固体電解質層５１における酸素イオンの移動速度が速くなる。このため、空燃比センサ４０、４１における応答速度が速くなる。

ここで、上述した通常空燃比制御や上流ＦＢ空燃比制御を実行するだけであれば、必ずしも空燃比センサ４０、４１の検出範囲は広くなくてもよく、また、空燃比センサ４０、４１における応答速度が速くなくてもよい。しかしながら、空燃比センサ４０、４１の異常診断を行う際には、空燃比センサ４０、４１の検出範囲が広いことや応答速度が速いことが要求される。特に、空燃比センサ４０、４１の異常診断を行う際には、空燃比センサ４０、４１周りを大気ガスが流れるときであっても限界電流が生じる必要がある。したがって、上流側空燃比センサ４０の異常診断が行われうる通常空燃比制御や上流ＦＢ空燃比制御中においては、上流側空燃比センサ４０の温度はその周りを大気ガスが流れるときであっても限界電流が生じるような限界温度（例えば、７００℃）以上とされる。

一方、空燃比センサ４０、４１の異常診断は内燃機関の停止中には実行されない。したがって、内燃機関の停止中には空燃比センサ４０、４１の温度を高く維持しておく必要は無い。このため、本実施形態では、内燃機関の自動停止中には、内燃機関の運転中に比べて、上流側空燃比センサ４０の温度が低下せしめられる。具体的には、上流側空燃比センサ４０の温度は、上述した限界温度未満であって活性温度以上の温度に低下せしめられる。これにより、上流側空燃比センサ４０のヒータ部５６における消費電力を抑制することができる。

なお、上記実施形態では、下流側空燃比センサ４１の温度Ｔｄｗｎが活性温度以上になった時刻ｔ₃において上流ＦＢ空燃比制御から通常空燃比制御への切り替えが行われている。しかしながら、上流ＦＢ空燃比制御から通常空燃比制御への切替は、下流側空燃比センサ４１の温度Ｔｄｗｎが活性温度以上になったとき以降又は下流側空燃比センサ４１の温度Ｔｄｗｎが活性温度以上になったと予想されるとき以降であれば、他のタイミングで行われてもよい。したがって、例えば、下流側空燃比センサ４１のヒータ部５６への通電開始後、下流側空燃比センサ４１の温度が活性温度以上になるのに十分な時間が経過したとき等に切替が行われてもよい。

＜具体的な制御の説明＞
次に、図９〜図１１を参照して、上記実施形態における制御装置について具体的に説明する。本実施形態における制御装置は、機能ブロック図である図９に示したように、Ａ１〜Ａ８の各機能ブロックを含んで構成されている。以下、図９を参照しながら各機能ブロックについて説明する。これら各機能ブロックＡ１〜Ａ８における操作は、基本的にＥＣＵ３１において実行される。

＜燃料噴射量の算出＞
まず、燃料噴射量の算出について説明する。燃料噴射量の算出に当たっては、筒内吸入空気量算出手段Ａ１、基本燃料噴射量算出手段Ａ２、及び燃料噴射量算出手段Ａ３が用いられる。

筒内吸入空気量算出手段Ａ１は、吸入空気流量Ｇａと、機関回転数ＮＥと、ＥＣＵ３１のＲＯＭ３４に記憶されたマップ又は計算式とに基づいて、各気筒への吸入空気量Ｍｃを算出する。吸入空気流量Ｇａはエアフロメータ３９によって計測され、機関回転数ＮＥはクランク角センサ４４の出力に基づいて算出される。

基本燃料噴射量算出手段Ａ２は、筒内吸入空気量算出手段Ａ１によって算出された筒内吸入空気量Ｍｃを、目標空燃比ＡＦＴで除算することにより、基本燃料噴射量Ｑｂａｓｅを算出する（Ｑｂａｓｅ＝Ｍｃ／ＡＦＴ）。目標空燃比ＡＦＴは、後述する目標空燃比設定手段Ａ６によって算出される。

燃料噴射量算出手段Ａ３は、基本燃料噴射量算出手段Ａ２によって算出された基本燃料噴射量Ｑｂａｓｅに、後述するＦ／Ｂ補正量ＤＦｉを加えることで燃料噴射量Ｑｉを算出する（Ｑｉ＝Ｑｂａｓｅ＋ＤＦｉ）。このようにして算出された燃料噴射量Ｑｉの燃料が燃料噴射弁１１から噴射されるように、燃料噴射弁１１に対して噴射指示が行われる。

＜目標空燃比の算出＞
次に、目標空燃比の算出について説明する。目標空燃比の算出に当たっては、酸素吸蔵量算出手段Ａ４、空燃比補正量算出手段Ａ５、及び目標空燃比設定手段Ａ６が用いられる。

酸素吸蔵量算出手段Ａ４は、燃料噴射量算出手段Ａ３によって算出された燃料噴射量Ｑｉ及び上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐに基づいて積算酸素過不足量を算出する。そして、算出された積算酸素過不足量に基づいて酸素吸蔵量を算出する。酸素吸蔵算出手段Ａ４は、例えば、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比と制御中心空燃比との差分に燃料噴射量Ｑｉを乗算すると共に、求めた値を積算することによって積算酸素過不足量を算出する。

空燃比補正量算出手段Ａ５では、酸素吸蔵量算出手段Ａ４によって算出された積算酸素過不足量と、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎとに基づいて、目標空燃比の空燃比補正量ＡＦＣが算出される。具体的には、図１０及び図１１に示したフローチャートに基づいて空燃比補正量ＡＦＣが算出される。

目標空燃比設定手段Ａ６は、制御中心空燃比（本実施形態では理論空燃比）ＡＦＲに、空燃比補正量算出手段Ａ５で算出された空燃比補正量ＡＦＣを加算することで、目標空燃比ＡＦＴを算出する。このようにして算出された目標空燃比ＡＦＴは、基本燃料噴射量算出手段Ａ２及び後述する空燃比偏差算出手段Ａ７に入力される。

＜Ｆ／Ｂ補正量の算出＞
次に、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐに基づいたＦ／Ｂ補正量の算出について説明する。Ｆ／Ｂ補正量の算出に当たっては、空燃比偏差算出手段Ａ７、Ｆ／Ｂ補正量算出手段Ａ８が用いられる。

空燃比偏差算出手段Ａ７は、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比ＡＦｕｐから目標空燃比設定手段Ａ６によって算出された目標空燃比ＡＦＴを減算することによって空燃比偏差ＤＡＦを算出する（ＤＡＦ＝ＡＦｕｐ−ＡＦＴ）。この空燃比偏差ＤＡＦは、目標空燃比ＡＦＴに対する燃料供給量の過不足を表す値である。

Ｆ／Ｂ補正量算出手段Ａ８は、空燃比偏差算出手段Ａ７によって算出された空燃比偏差ＤＡＦを、比例・積分・微分処理（ＰＩＤ処理）することで、下記式（２）に基づいて燃料供給量の過不足を補償するためのＦ／Ｂ補正量ＤＦｉを算出する。このようにして算出されたＦ／Ｂ補正量ＤＦｉは、燃料噴射量算出手段Ａ３に入力される。
ＤＦｉ＝Ｋｐ・ＤＡＦ＋Ｋｉ・ＳＤＡＦ＋Ｋｄ・ＤＤＡＦ …（２）

なお、上記式（２）において、Ｋｐは予め設定された比例ゲイン（比例定数）、Ｋｉは予め設定された積分ゲイン（積分定数）、Ｋｄは予め設定された微分ゲイン（微分定数）である。また、ＤＤＡＦは、空燃比偏差ＤＡＦの時間微分値であり、今回更新された空燃比偏差ＤＡＦと前回更新されていた空燃比偏差ＤＡＦとの偏差を更新間隔に対応する時間で除算することで算出される。また、ＳＤＡＦは、空燃比偏差ＤＡＦの時間積分値であり、この時間積分値ＤＤＡＦは前回更新された時間積分値ＤＤＡＦに今回更新された空燃比偏差ＤＡＦを加算することで算出される（ＳＤＡＦ＝ＤＤＡＦ＋ＤＡＦ）。

＜空燃比制御のフローチャート＞
図１０は、空燃比制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは、内燃機関のイグニッションがＯＮにされた後であって上流側空燃比センサ４０及び下流側空燃比センサ４１のいずれもが活性温度に達した後に開始され、一定時間間隔の割り込みによって行われる。

図１０に示したように、まず、ステップＳ１１では、内燃機関が自動停止機能により自動停止中であるか否かが判定される。内燃機関が自動停止中であるときには、ステップＳ１２へと進む。ステップＳ１２では、上流側空燃比センサ４０の目標温度Ｔｕｐｔが上述した第２温度Ｔｃ₂（Ｔｃ₂＞Ｔａｃｔ）に設定される。この結果、加熱制御部は、上流側空燃比センサ４０の温度が第２温度Ｔｃ₂となるように上流側空燃比センサ４０のヒータ部５６を制御する。次いで、ステップＳ１３では、下流側空燃比センサ４１の目標温度Ｔｄｗｎｔが上述した第３温度Ｔｃ₃（Ｔｃ₃＜Ｔｃ₂、Ｔｃ₃＜Ｔａｃｔ）に設定される。この結果、加熱制御部は、下流側空燃比センサ４１の温度が第３温度Ｔｃ₃となるように下流側空燃比センサ４１のヒータ部５６を制御する。

次いで、ステップＳ１４では、下流側空燃比センサ４１の温度Ｔｄｗｎがその活性温度Ｔａｃｔ未満であるか否かが判定される。温度Ｔｄｗｎが活性温度Ｔａｃｔ以上であると判定された場合には制御ルーチンが終了せしめられる。一方、ステップＳ１４において、下流側空燃比センサ４１の温度Ｔｄｗｎが活性温度未満であると判定された場合にはステップＳ１５へと進む。ステップＳ１５では、復帰フラグがＯＮにセットされる。復帰フラグは、内燃機関の自動停止後、下流側空燃比センサ４１の温度が活性温度Ｔａｃｔ未満である間にＯＮにセットされ、それ以外の場合にＯＦＦにセットされるフラグである。なお、復帰フラグは初期状態ではＯＦＦにセットされている。

その後、内燃機関が再始動せしめられると、次の制御ルーチンでは、ステップＳ１１において内燃機関が自動停止中ではないと判定されて、ステップＳ１６へと進む。ステップＳ１６では、上流側空燃比センサ４０の目標温度Ｔｕｐｔが上述した第１温度Ｔｃ₁（Ｔｃ₁＞Ｔｃ₂）に設定される。次いで、ステップＳ１７では、下流側空燃比センサ４１の目標温度Ｔｄｗｎｔが上述した第１温度Ｔｃ₁に設定される。この結果、加熱制御部は、上流側空燃比センサ４０及び下流側空燃比センサ４１の温度が第１温度Ｔｃ₁となるようにこれら空燃比センサのヒータ部５６を制御する。次いで、ステップＳ１８では、復帰フラグがＯＮにセットされているか否かが判定される。復帰フラグがＯＮにセットされていると判定されたときにはステップＳ１９へと進む。

ステップＳ１９では、下流側空燃比センサ４１の温度Ｔｄｗｎが活性温度Ｔａｃｔ以上であるか否かが判定される。ステップＳ１９において、下流側空燃比センサ４１の温度Ｔｄｗｎが活性温度Ｔａｃｔ未満であると判定された場合には、ステップＳ２０へと進む。この場合、下流側空燃比センサ４１の出力を利用することはできないため、上述した上流ＦＢ空燃比制御が行われる。このため、ステップＳ２０では、空燃比補正量ＡＦＣが０に設定される。この結果、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比を用いた空燃比補正量ＡＦＣの設定は行われず、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比を用いたフィードバック制御（図９の空燃比偏差算出手段Ａ７及びＦ／Ｂ補正量算出手段Ａ８を用いた制御）のみが行われる。

その後、下流側空燃比センサ４１の温度Ｔｄｗｎが上昇して活性温度Ｔａｃｔ以上になると、次の制御ルーチンではステップＳ１９からステップＳ２１へと進む。ステップＳ２１では、復帰フラグがＯＦＦにリセットされ、ステップＳ２２へと進む。ステップＳ２２では、図１１に示した通常空燃比制御が実行され、制御ルーチンが終了せしめられる。次の制御ルーチンでは、復帰フラグがＯＦＦにセットされていることから、ステップＳ１８からステップＳ２２へと進み、通常空燃比制御が継続される。

＜通常空燃比制御のフローチャート＞
図１１は、通常空燃比制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは、図１０のステップＳ２１が実行される毎に実行される。

図１１に示したように、まず、ステップＳ３１において空燃比補正量ＡＦＣの算出条件が成立しているか否かが判定される。空燃比補正量ＡＦＣの算出条件が成立している場合とは、例えば燃料カット制御等の特殊な制御の実行中ではないこと場合が挙げられる。ステップＳ３１において目標空燃比の算出条件が成立していると判定された場合には、ステップＳ３２へと進む。

ステップＳ３２では、リーン設定フラグＦｌがＯＦＦに設定されているか否かが判定される。リーン設定フラグＦｌは、空燃比補正量ＡＦＣがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに設定されるとＯＮとされ、それ以外の場合にはＯＦＦとされる。ステップＳ３２においてリーン設定フラグＦｌがＯＦＦに設定されている場合には、ステップＳ３３へと進む。ステップＳ３３では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下であるか否かが判定される。下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈよりも大きいと判定された場合にはステップＳ３４へと進む。ステップＳ３４では、空燃比補正量ＡＦＣがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈに設定されたまま維持され、制御ルーチンが終了せしめられる。

一方、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡが減少して、上流側排気浄化触媒２０から流出する排気ガスの空燃比が低下すると、ステップＳ３３にて下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下であると判定される。この場合には、ステップＳ３５へと進み、空燃比補正量ＡＦＣがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに切り替えられる。次いで、ステップＳ３６では、リーン設定フラグＦｌがＯＮに設定され、制御ルーチンが終了せしめられる。

リーン設定フラグＦｌがＯＮに設定されると、次の制御ルーチンにおいては、ステップＳ３２において、リーン設定フラグＦｌがＯＦＦに設定されていないと判定されて、ステップＳ３７へと進む。ステップＳ３７では、空燃比補正量ＡＦＣがリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに切り替えられてからの積算酸素過不足量ΣＯＥＤが切替基準値ＯＥＤｒｅｆ（切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆに相当）よりも少ないか否かが判定される。積算酸素過不足量ΣＯＥＤが切替基準値ＯＥＤｒｅｆよりも少ないと判定された場合にはステップＳ３８へと進み、空燃比補正量ＡＦＣが引き続きリーン設定補正量ＡＦＣｌｅａｎに設定されたまま維持され、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量が増大すると、やがてステップＳ３７において積算酸素過不足量ΣＯＥＤが切替基準値ＯＥＤｒｅｆ以上であると判定され、ステップＳ３９へと進む。ステップＳ３９では、空燃比補正量ＡＦＣがリッチ設定補正量ＡＦＣｒｉｃｈに切り替えられる。次いで、ステップＳ４０では、リーン設定フラグＦｌがＯＦＦにリセットされ、制御ルーチンが終了せしめられる。

＜その他の態様＞
なお、上記実施形態の通常空燃比制御では、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下になったときに目標空燃比をリーン空燃比に切り替えると共に、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵量ＯＳＡの推定値が切替基準吸蔵量Ｃｒｅｆ以上になったときに目標空燃比をリッチ空燃比に切り替えている。しかしながら、通常空燃比制御は、上流側空燃比センサ４０の出力と下流側空燃比センサ４１の出力とを用いて空燃比の制御を行っていれば、必ずしも上記実施形態のような制御でなくてもよい。

例えば、通常空燃比制御としては、以下のような制御が考えられる。すなわち、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下になったときに目標空燃比をリーン空燃比に切り替える。その後、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ以上になるまで目標空燃比をリーン空燃比に維持する。加えて、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリーン判定空燃比ＡＦｌｅａｎ以上になったときに目標空燃比をリッチ空燃比に切り替える。その後、下流側空燃比センサ４１の出力空燃比ＡＦｄｗｎがリッチ判定空燃比ＡＦｒｉｃｈ以下になるまで目標空燃比をリッチ空燃比に維持する。斯かる制御によれば上流側空燃比センサ４０の酸素吸蔵量ＯＳＡをゼロ近傍と最大吸蔵可能酸素量Ｃｍａｘ近傍との間で変動させることができる。このように酸素吸蔵量ＯＳＡを上下に変動させることにより、上流側排気浄化触媒２０の酸素吸蔵能力を高く維持することができる。この場合にも、上流側空燃比センサ４０の出力空燃比（すなわち、上流側排気浄化触媒２０に流入する排気ガスの空燃比）がリッチ空燃比とリーン空燃比とに交互に切り替えられることになる。

また、上記実施形態では、自動停止後に内燃機関が再始動するときに、再始動と同時に下流側空燃比センサ４１のヒータ部５６による加熱が開始されている。しかしながら、ヒータ部５６による加熱は、内燃機関の再始動時における上流側排気浄化触媒２０の温度に応じてヒータ部５６による加熱の開示時期を変更するようにしてもよい。

具体的には、内燃機関の再始動時における上流側排気浄化触媒２０の温度が低いとき（例えば、１００℃未満）には、下流側空燃比センサ４１周りの温度又は上流側排気浄化触媒２０の温度が１００℃以上になるまでヒータ部５６による加熱を行わないようにしてもよい。これは、下流側空燃比センサ４１の温度が１００℃未満だと、内燃機関の停止中に下流側空燃比センサ４１内に凝縮水が生じる場合があるためである。このように凝縮水が生じた状態でヒータ部５６による加熱を開始すると、下流側空燃比センサ４１にクラックが生じる可能性がある。これに対して、下流側空燃比センサ４１周りの温度等が１００℃以上になってからヒータ部５６による加熱を行うことで、下流側空燃比センサ４１にクラックが生じるのを抑制することができる。

１ 機関本体
５ 燃焼室
７ 吸気ポート
９ 排気ポート
１９ 排気マニホルド
２０ 上流側排気浄化触媒
２４ 下流側排気浄化触媒
３１ ＥＣＵ
４０ 上流側空燃比センサ
４１ 下流側空燃比センサ

Claims (6)

1. 内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒と、該排気浄化触媒よりも排気流れ方向上流側において前記排気通路に設けられた上流側空燃比センサと、前記排気浄化触媒よりも排気流れ方向下流側において前記排気通路に設けられた下流側空燃比センサと、前記上流側空燃比センサを加熱する上流側センサヒータと、前記下流側空燃比センサを加熱する下流側センサヒータとを具備する、自動停止可能な内燃機関に用いられる内燃機関の制御装置であって、
   前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を制御する空燃比制御部と、前記上流側センサヒータによる前記上流側空燃比センサの加熱及び前記下流側センサヒータによる前記下流側空燃比センサの加熱を制御する加熱制御部とを具備し、
   前記加熱制御部は、前記内燃機関の自動停止中には、前記上流側空燃比センサの温度がその活性温度以上になるように且つ前記下流側空燃比センサの温度がその活性温度未満になるように前記上流側センサヒータと前記下流側センサヒータとを制御し、
   前記空燃比制御部は、機関運転中において、前記上流側空燃比センサの出力と前記下流側空燃比センサの出力とに基づいて前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を制御すると共に、前記自動停止後に前記内燃機関が再始動された場合、機関運転中であっても再始動時点から一時的に、前記下流側空燃比センサの出力を利用せずに前記上流側空燃比センサの出力に基づいて前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を制御する、内燃機関の制御装置。
2. 前記加熱制御部は、前記内燃機関の自動停止中には、機関運転中に比べて、前記上流側空燃比センサの温度が低くなるように、前記上流側センサヒータを制御する、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記加熱制御部は、機関運転中において、前記上流側空燃比センサの温度をその周りを大気ガスが流れるときあっても限界電流が生じるような第１温度以上に制御し、且つ前記自動停止中には、前記上流側空燃比センサの温度を前記第１温度未満であってその活性温度以上に制御する、請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記加熱制御部は、前記自動停止後に前記内燃機関が再始動された後には、前記下流側空燃比センサの温度がその活性温度以上になるように前記下流側センサヒータを制御し、
   前記空燃比制御部は、前記自動停止後に前記内燃機関が再始動された場合、前記下流側空燃比センサの温度がその活性温度以上になるまでは、前記下流側空燃比センサの出力を利用せずに前記上流側空燃比センサの出力に基づいて前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を制御する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記空燃比制御部は、前記下流側空燃比センサの出力を利用せずに前記上流側空燃比センサの出力に基づいて前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を制御するときには、前記上流側空燃比センサの出力に相当する空燃比が理論空燃比になるように流入する排気ガスの空燃比を制御する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記空燃比制御部は、前記上流側空燃比センサの出力と前記下流側空燃比センサの出力とに基づいて前記排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比を制御するときには、前記上流側空燃比センサの出力に相当する空燃比が理論空燃比よりリッチなリッチ空燃比と理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比とに交互に変化するように流入する排気ガスの空燃比を制御する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。

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