JP2021063482A - 空燃比制御システム及び空燃比制御方法 - Google Patents

空燃比制御システム及び空燃比制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】所定の目標空燃比となるように空燃比を制御する空燃比制御システム等の提供。【解決手段】空燃比制御システム１は、目標空燃比となるように燃料混合気の混合比を調節して制御する空燃比制御部３と、内燃機関２の排気側に設けられ、理論空燃比を境にリッチ側とリーン側とで出力が急峻に変化する空燃比センサ５と、空燃比センサ５を加熱するヒータ６と、ヒータ６の温度を調節して、空燃比センサ５の温度を制御する温度制御部７とを備える。空燃比制御部３は、０．９８０≦λ＜１．０００かつ空燃比λの変化量Δλが０．００８の範囲であって空燃比センサ５の出力差ΔＶが１５０ｍＶ以下となる範囲内の所定の空燃比を目標空燃比とし、かつ、空燃比センサ５の出力に基づいて、燃料混合気の混合比を制御する。温度制御部７は、空燃比センサ５の温度が６５０℃以上の温度範囲内における所定の目標温度となるように空燃比センサ５の温度を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、空燃比制御システム及び空燃比制御方法に関する。
内燃機関の空燃比制御を行うために、排気経路（排気管）に設けられた空燃比センサの出力を用いてフィードバック制御を行う空燃比制御システムが知られている。この種のシステムでは、空燃比センサにより排気ガス中の特定ガス（例えば、酸素）の濃度が検出され、その検出結果を用いて空燃比のフィードバック制御が行われる。
空燃比センサとしては、例えば、特許文献１に示されるように、排気ガス中の酸素濃度（燃料混合気の空燃比）について、リーン側からリッチ側までの広範囲に亘ってリニアなセンサ出力を示す全領域空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）が使用される。
特開平９−１２６０１５号公報
例えば、三元触媒による排気ガス（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ）の浄化効率を高める等の目的で、目標空燃比を、理論空燃比（λ＝１）よりも僅かにリッチ側にある微小範囲（例えば、検出域の幅（Δλ）が０．００８）に設定したい場合がある。そのような微小範囲の空燃比λを、Ａ／Ｆセンサで検出しようとしても、そのような範囲におけるＡ／Ｆセンサのセンサ出力は殆ど変わらない。つまり、Ａ／Ｆセンサは、空燃比λの検出対象域が、特定の微小範囲に設定されると、出力分解能が不十分となり、空燃比λをリニアに検出することができない。
なお、特許文献１では、空燃比センサとして、空燃比が理論空燃比（λ＝１）に対してリッチかリーンかに応じた電圧を出力するバイナリセンサも使用されている。バイナリセンサは、理論空燃比（λ＝１）を境にして、出力電圧が大きく変化するものの、理論空燃比（λ＝１）近傍の微小範囲（λ＝０．９９６〜１．００４）では、空燃比λをリニアに検出できることが示されている。
しかしながら、特許文献１では、バイナリセンサを使用して空燃比λをリニアに検出できる範囲は、理論空燃比（λ＝１）を跨ぐように、リッチ側とリーン側との間に設定された微小範囲（λ＝０．９９６〜１．００４）に限られていた。そのため、例えば、空燃比λの検出対象域を、上述したような、理論空燃比（λ＝１）よりも僅かにリッチ側にある微小範囲に設定した場合では、バイナリセンサの出力分解能は十分でなく、改善の余地があった。なお、バイナリセンサは、Ａ／Ｆセンサ等の全領域空燃比センサと比べて、安価であり、空燃比センサとしての利用が望まれている。
本発明の目的は、理論空燃比を境にリッチ側とリーン側とで出力が急峻に変化する空燃比センサを使用して、リッチ側に設定された微小範囲における所定の目標空燃比となるように空燃比を制御する空燃比制御システム及び空燃比制御方法を提供することである。
前記課題を解決するための手段は、以下の通りである。即ち、
＜１＞ 内燃機関に供給される燃料混合気の空燃比λを、目標空燃比となるように、前記燃料混合気の混合比を調節して制御する空燃比制御部と、前記内燃機関の排気側に設けられ、前記内燃機関からの排気を浄化する排気ガス浄化装置と、前記内燃機関の排気側に設けられ、理論空燃比を境にリッチ側とリーン側とで出力が急峻に変化する空燃比センサと、前記空燃比センサを加熱するヒータと、前記ヒータの温度を調節して、前記空燃比センサの温度を制御する温度制御部とを備える空燃比制御システムであって、前記空燃比制御部は、０．９８０≦λ＜１．０００、かつ前記空燃比λの変化量Δλが０．００８の範囲であって、前記空燃比センサの出力差ΔＶが１５０ｍＶ以下となる前記範囲内の所定の空燃比を、前記目標空燃比とし、かつ、前記空燃比センサの出力に基づいて、前記燃料混合気の前記混合比を制御し、前記温度制御部は、前記空燃比センサの温度が６５０℃以上の温度範囲内における所定の目標温度となるように前記空燃比センサの温度を制御する空燃比制御システム。
＜２＞ 前記範囲における前記出力差ΔＶが５０ｍＶ以上である前記＜１＞に記載の空燃比制御システム。
＜３＞ 前記温度制御部は、前記空燃比センサの温度が８５０℃以下となるように制御する前記＜１＞又は＜２＞に記載の空燃比制御システム。
＜４＞ 前記空燃比センサは、前記排気ガス浄化装置中、若しくは前記排気ガス浄化装置の下流側に設けられる前記＜１＞から＜３＞の何れか１つに記載の空燃比制御システム。
＜５＞ 内燃機関に供給される燃料混合気の空燃比λを、目標空燃比となるように、前記燃料混合気の混合比を調節して制御する空燃比制御方法であって、前記内燃機関の排気側に、前記内燃機関からの排気を浄化する排気ガス浄化装置（三元触媒等）が設けられ、前記内燃機関の排気側に設けられ、理論空燃比を境にリッチ側とリーン側とで出力が急峻に変化する空燃比センサが設けられ、０．９８０≦λ＜１．０００、かつ前記空燃比λの変化量Δλが０．００８の範囲であって、前記空燃比センサの出力差ΔＶが１５０ｍＶ以下となる前記範囲内の所定の空燃比を、前記目標空燃比とし、前記空燃比センサの出力に基づいて、前記燃料混合気の前記混合比を制御する空燃比制御工程と、前記空燃比センサの温度が６５０℃以上の温度範囲内における所定の目標温度となるように、前記空燃比センサを加熱するヒータの温度を調節する温度制御工程とを備える空燃比制御方法。
＜６＞ 前記範囲における前記出力差ΔＶが５０ｍＶ以上である前記＜５＞に記載の空燃比制御方法。
本発明によれば、理論空燃比を境にリッチ側とリーン側とで出力が急峻に変化する空燃比センサを使用して、リッチ側に設定された微小範囲における所定の目標空燃比となるように空燃比を制御する空燃比制御システム及び空燃比制御方法を提供できる。
実施形態１に係る空燃比制御システムが設けられた内燃機関とその周辺機器の構成を模式的に表した説明図 空燃比センサの出力特性を模式的に表したグラフ 図２中に示される領域内を拡大したグラフ 目標温度に設定された空燃比センサの出力特性を模式的に表したグラフ 様々な素子温の空燃比センサについて、空燃比とセンサ出力との関係を示したグラフ 空燃比センサの素子温（℃）と、空燃比が０．９９０から０．９９８までのセンサ出力における近似直線の傾きとの関係を示すグラフ ＬＡＦセンサの出力特性を模式的に表したグラフ 図７中に示される領域内を拡大したグラフ 実施形態２に係る空燃比制御システムが設けられた内燃機関とその周辺機器の構成を模式的に表した説明図
＜実施形態１＞
本発明の実施形態１を、図１〜図６を参照しつつ説明する。図１は、実施形態１に係る空燃比制御システム１が設けられた内燃機関２とその周辺機器の構成を模式的に表した説明図である。空燃比制御システム１は、車両に搭載されている内燃機関２に対して供給される燃料混合気の空燃比λを、目標空燃比λａとなるように制御するシステムである。空燃比制御システム１は、主として、空燃比制御部３、三元触媒（排気ガス浄化装置の一例）４、空燃比センサ５、ヒータ６、温度制御部７を備えている。なお、空燃比制御部３及び温度制御部７は、内燃機関２の運転を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）８内のＣＰＵ（Central Processing Unit）によって構成される。ＥＣＵ８は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されたプログラムを実行し、空燃比センサ５等の各種センサから検出信号が入力される。
内燃機関２は、直列４気筒４サイクルの火花点火式として構成されている。内燃機関２の上流側には、外部から吸入された空気（吸入空気）が流通する吸気管９が接続され、また、内燃機関２の下流側には、燃料の燃焼により生じた排気ガスが流通する排気管１０が接続されている。吸気管９には、複数のインジェクタ（燃料噴射弁）１１が設置されている。インジェクタ１１は、燃料タンク（不図示）に接続され、内燃機関２の上流側において複数の気筒のそれぞれに設けられており、ＥＣＵ８からの制御信号に応じて燃料を噴射する。なお、インジェクタ１１よりも上流側の吸気管９には、内燃機関２への空気の吸気量を調整するスロットル弁１２が設けられている。スロットル弁１２の開度は、ＥＣＵ８からの制御信号により制御される。
外部からの吸入空気は、図示されないエアクリーナ、スロットル弁１２等を通過しながら吸気管９内を移動し、インジェクタ１１から噴射された燃料（ガソリン）と混合され、所定空燃比の燃料混合気として内燃機関２の各気筒に供給される。なお、各気筒には、それぞれ点火プラグが設けられており、各点火プラグは、ＥＣＵ８からの制御信号に応じて各気筒の燃料混合気を所定のタイミングで点火する。そして、燃焼後に生じた排気ガスは、排気管１０を通って外部に排出される。
空燃比制御部３は、内燃機関２に供給される燃料混合気の空燃比λを、目標空燃比λａとなるように、燃料混合気の混合比を調節して制御する。内燃機関２に供給される燃料混合気の混合比の調節は、空燃比制御部３によってインジェクタ１１からの燃料の噴射量や、スロットル弁１２の開度等が調節されることで行われる。目標空燃比λａは、ＥＣＵ８のＲＯＭに予め記憶されている。目標空燃比λａの詳細は、後述する。
なお、空燃比は、通常、空気とガソリンとの混合比（質量比）を指すが、本明細書では、説明の便宜上、空気過剰率λ（＝実際の空燃比／理論空燃比）を空燃比と称し、空燃比λ＝１が理論空燃比を示すものとする。
三元触媒４は、内燃機関２の排気側（下流側）に接続された排気管１０の途中に設置され、内燃機関２から排出され、排気管１０内を移動する排気ガス（例えば、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等）を浄化する。
空燃比センサ５は、例えば、ジルコニア素子を用いたセンサ素子を備えており、大気側と排気側との酸素濃度差に応じて、理論空燃比（λ＝１）を境にリッチ側とリーン側とで出力（起電力）が急峻に変化するセンサ（バイナリセンサ）からなる。
空燃比センサ５は、図１に示されるように、内燃機関２の排気側に接続された排気管１０に設けられている。具体的には、空燃比センサ５は、排気管１０のうち、三元触媒４の下流側に設けられている。
空燃比センサ５は、第１センサ制御装置５１により制御される。第１センサ制御装置５１は、ＡＳＩＣ（Application Specific integrated circuit, 特定用途向け集積回路）や、マイクロコンピュータ（以下、マイコン）等により構成される。また、第１センサ制御装置５１は、ＥＣＵ８との間で、通信線を介してデータを送受信できるように構成されている。
空燃比センサ５は、センサ素子等（空燃比センサ５）を加熱するヒータ６を備えている。ヒータ６は、アルミナを主体とする材料によって構成されており、その内部には、白金を主体とする材料によって構成された発熱抵抗体を備えている。発熱抵抗体の両端は、第１センサ制御装置５１を介してＥＣＵ８（温度制御部７）に電気的に接続されている。ヒータ６は、温度制御部７からの指令に基づいて第１センサ制御装置５１から供給される電力により発熱し、空燃比センサ５（センサ素子）の温度が、後述する所定の目標温度Ｔとなるように制御される。空燃比センサ５（センサ素子）は、ヒータ６による加熱によりセンサ素子が活性化することで、後述する特定の微小範囲内の空燃比λをリニアに検出できる状態となる。
温度制御部７は、空燃比センサ５の温度が、６５０℃以上の温度範囲内における所定の目標温度Ｔとなるように、空燃比センサの温度を制御する。目標温度Ｔは、ＥＣＵ８のＲＯＭに予め記憶されている。目標温度Ｔは、６５０℃以上の範囲（温度範囲）に設定される。空燃比センサ５の温度が、このような目標温度Ｔとなるように制御されると、空燃比センサ５の出力電圧の分解能が向上する。なお、空燃比センサ５の温度が８５０℃を超えると、出力電圧の分解能は向上するものの、空燃比センサ５の耐久性に問題が生じる場合がある。そのため、目標温度Ｔの上限値は、８５０℃以下であることが好ましい。
ここで、図２〜図４を参照しつつ、空燃比センサ５の出力特性について説明する。図２は、空燃比センサ５の出力特性を模式的に表したグラフである。空燃比センサ５の出力は、図２に示されるように、理論空燃比（λ＝１）を境にリッチ側とリーン側とで出力（電圧）が急峻に変化する。なお、図２には、６００℃（目標温度Ｔよりも低い温度）に設定された空燃比センサ５の出力特性が示されている。図３は、図２中に示される領域Ｓ１内を拡大したグラフ（λ＝０．９９０〜０．９９８）である。図３には、空燃比λが０．９９０から０．９９８までの空燃比センサ５の出力が示されている。図３には、空燃比λが０．９９０の場合の空燃比センサ５の出力と、空燃比λが０．９９８場合の空燃比センサ５の出力との差（ΔＶ１）が示されている。
図４は、目標温度Ｔに設定された空燃比センサ５の出力特性を模式的に表したグラフ（λ＝０．９９０〜０．９９８）である。図４には、図３に対応した空燃比λの範囲における空燃比センサ５の出力特性が示されている。図４に示されるように、空燃比センサ５の温度が、上述した目標温度Ｔとなると、空燃比λが０．９９０の場合の空燃比センサ５の出力と、空燃比λが０．９９８場合の空燃比センサ５の出力との差（ΔＶ２）が、６００℃の場合の差（ΔＶ１）よりも大きくなる。つまり、空燃比センサ５は、温度が目標温度Ｔに設定されると、所定の空燃比λの範囲（後述する微リッチ範囲）において、出力電圧の分解能が向上し、リニアに空燃比λを検出することができる。
目標空燃比λａは、三元触媒４による排気ガス（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ）の浄化効率を高める等の目的で、理論空燃比（λ＝１）よりも僅かにリッチ側の微小範囲（以下、微リッチ範囲）に設定される。具体的には、０．９８０≦λ＜１．０００、かつ空燃比λの変化量（空燃比λの検出域の幅）Δλが０．００８の範囲であって、空燃比センサ５の出力差ΔＶが１５０ｍＶ以下となる前記範囲内の所定の空燃比が、目標空燃比λａとされる。目標空燃比λａに関する情報は、予めＥＣＵ８のＲＯＭに記憶されている。
なお、前記範囲における前記出力差ΔＶは、５０ｍＶ以上であることが好ましい。前記範囲における前記出力差ΔＶが５０ｍＶ以上であると、微リッチ範囲における空燃比センサ５の出力分解能が確保され易い。
本実施形態の場合、排気管１０のうち、三元触媒４の上流側には、上流側ガスセンサ２０が設けられている。上流側ガスセンサ２０は、Ａ／Ｆセンサ（限界電流式酸素センサ）であり、内燃機関２から排出された排気ガス中の酸素濃度をリッチ側からリーン側に亘って広域にかつリニアな空燃比信号を出力する。上流側ガスセンサ２０としては、ＬＡＦセンサが利用されてもよい。上流側ガスセンサ２０は、センサ素子や、そのセンサ素子を活性化温度に保持するためのヒータ等を備えている。上流側ガスセンサ２０は、所定の印加電圧下で空燃比λに対応してリニアに変化する限界電流を出力する。上流側ガスセンサ２０のλ検出域は約０．８〜１．２となっている。なお、上流側ガスセンサ２０は、第２センサ制御装置２１により制御される。第２センサ制御装置２１は、ＡＳＩＣ、マイコン等により構成される。また、第２センサ制御装置２１は、ＥＣＵ８との間で、通信線を介してデータを送受信できるように構成されている。
ここで、ＥＣＵ８で実行される空燃比制御処理（空燃比制御工程）、及び温度制御処理（温度制御工程）について説明する。空燃比制御処理及び温度制御処理は、内燃機関２（詳細には、空燃比制御システム１）が起動されると共に処理が開始され、内燃機関２（空燃比制御システム１）が停止するまで処理が継続される。なお、空燃比制御処理は、温度制御処理によって空燃比センサ５の温度が、所定の目標温度Ｔとなった後、実行される。
温度制御処理は、空燃比センサ５の温度が、６５０℃以上の温度範囲内における所定の目標温度Ｔとなるように、空燃比センサ５を加熱するヒータ６の温度を調節する処理である。この処理は、温度制御部７によって実行される。温度制御部７は、空燃比センサ５の温度を予め設定された目標温度Ｔに維持するために必要なヒータ６の発熱量を算出する。そして、温度制御部７は、算出したヒータ６の発熱量に基づいて、ヒータ６に供給する電力のデューティ比を算出し、その算出したデューティ比に応じたＰＷＭ（Plus Width Modulation）制御信号に基づいてヒータ６を発熱させる。
空燃比制御処理は、０．９８０≦λ＜１．０００、かつ前記空燃比λの変化量Δλが０．００８の範囲であって、空燃比センサ５の出力差ΔＶが１５０ｍＶ以下となる前記範囲内の所定の空燃比を、目標空燃比λａとし、空燃比センサ５の出力に基づいて、内燃機関２に供給される燃料混合気の空燃比λを、目標空燃比λａとなるように、燃料混合気の混合比を制御する処理である。この処理は、空燃比制御部３によって実行される。
空燃比制御処理では、具体的には、空燃比センサ５のセンサ出力に基づいて排気ガス中の酸素濃度が検出され、その酸素濃度と制御基準値（目標空燃比での酸素濃度に相当する値）とが比較され、その比較結果に基づいてフィードバック係数が演算される。そして、そのフィードバック係数に応じたインジェクタ１１の燃料噴射量やスロットル弁１２の開度が演算される。つまり、空燃比制御処理では、空燃比センサ５のセンサ出力に基づいてインジェクタ１１の燃料噴射量とスロットル弁１２の開度とをそれぞれ調節されて、燃料混合気の混合比が制御されることにより、空燃比センサ５のセンサ出力に基づいた空燃比λのフィードバック制御が行われる。
三元触媒４の下流側に設置される空燃比センサ５には、排気ガス中の空燃比λを、ストイキ（理論空燃比）近傍へ精密制御することが求められる。バイナリセンサからなる空燃比センサ５は、ストイキ（理論空燃比λ＝１）近傍で急峻に出力が変化すると共に、上述した微リッチ範囲における出力分解能が大きいため、三元触媒４の下流側に設置することが好ましいと言える。また、三元触媒４の下流側に、ＬＡＦセンサ等ではなく、バイナリセンサからなる空燃比センサ５を設置することで、空燃比制御システム１のコストが抑えられる。
なお、本実施形態では、ＥＣＵ８により、上流側ガスセンサ２０のセンサ出力に基づいて、空燃比λのフィードバック制御も行われる。上流側ガスセンサ２０には、三元触媒４の下流側（後側）の排気ガス中の空燃比λを、ストイキ（理論空燃比）近傍に精密制御するために、三元触媒４の上流側（前側）の排気ガス中の空燃比λを、素早く理論空燃比にするべく、理論空燃比からどの程度、ずれているかを把握することが求められる。上流側ガスセンサ２０のセンサ出力に基づいて、ＥＣＵ８（上流側空燃比制御部）により、インジェクタ１１からの燃料噴射量等が調節される。
具体的には、上流側ガスセンサ２０のセンサ出力に基づいて排気ガス中の酸素濃度が検出され、その酸素濃度と制御基準値（目標空燃比での酸素濃度に相当する値）とが比較され、その比較結果に基づいてフィードバック係数が演算される。そして、そのフィードバック係数に応じたインジェクタ１１の燃料噴射量やとスロットル弁１２の開度が演算され、それらに基づいて燃料混合気の混合比が制御される。
以上のように、本実施形態の空燃比制御システム１は、理論空燃比を境にリッチ側とリーン側とで出力が急峻に変化する空燃比センサ５を使用して、リッチ側に設定された微小範囲における所定の目標空燃比λａとなるように空燃比λを制御することができる。
ここで、空燃比センサ５の温度（素子温：センサ素子の温度）と、センサ出力（起電力）との関係（実測値）について説明する。図５は、様々な素子温の空燃比センサ５について、空燃比λとセンサ出力（ｍＶ）との関係を示したグラフである。図５には、素子温が６２０℃、６６０℃、７００℃、７５０℃、８００℃、８５０℃の場合が示されている。図６は、空燃比センサ５の素子温（℃）と、空燃比λが０．９９０から０．９９８までのセンサ出力における近似直線の傾きとの関係を示すグラフである。
図５に示されるように、例えば、空燃比λが０．９９０から０．９９８の間において、空燃比センサ５の温度（素子温）が高くなると、センサ出力（ｍＶ）は低くなるものの、図６に示されるように、素子温と、その空燃比λの範囲（０．９９０〜０．９９８）におけるセンサ出力の近似直線の傾きとの回帰式は、空燃比センサ５の温度（素子温）が高くなる程、大きくなる。空燃比センサ５の温度（素子温）が上昇すると、水（Ｈ２Ｏ）の解離が促進され、上述した微リッチ範囲における近似直線の傾きが大きくなる。これは、空燃比センサ５の素子温が上昇することで、Ｈ２Ｏ⇔Ｈ２＋１／２・Ｏ２の平衡反応が、左辺から右辺への反応に偏り、酸素（Ｏ２）が増えるために起きた現象である。同じ空燃比λであっても、空燃比センサ５の素子温が高温であると、素子近傍の酸素分圧が上昇し、センサ出力が小さくなる。つまり、空燃比センサ５の素子温を高温（具体的には、６５０℃以上）にすることで、低温時（６５０℃未満）における理論空燃比（λ＝１）近傍の急峻線が、なだらかに傾いた形となり、上記のように微リッチ範囲における近似直線の傾きが大きくなる。
なお、目標空燃比λａが設定される上述した範囲（０．９８０≦λ＜１．０００、かつ空燃比λの変化量Δλが０．００８の範囲であって、空燃比センサ５の出力差ΔＶが１５０ｍＶ以下となる範囲）は、微リッチ範囲を特定したものであり、図５に示されるグラフに基づいて定められたものである。目標空燃比λａが設定される上記範囲は、グラフの傾きが急峻な範囲を除きつつ、グラフの傾きがなだらかな範囲を特定したものである。
次いで、図７及び図８を参照しつつ、参考例として、一般的なＬＡＦセンサの出力特性について説明する。図７は、ＬＡＦセンサの出力特性を模式的に表したグラフであり、図８は、図７中に示される領域Ｓ２内を拡大したグラフである。図８には、図３と同様、空燃比λ＝０．９９０〜０．９９８の範囲に対応したセンサ出力（出力特性）が示されている。ＬＡＦセンサは、周知のように、排気ガス中の酸素濃度（空燃比λ）を、リッチ側からリーン側に亘って広域にかつリニアに検出することができる。しかしながら、空燃比λの検出範囲を、上述の微リッチ範囲に限った場合には、ＬＡＦセンサの出力分解能は不足した状態となる。つまり、空燃比λ＝０．９９０の場合のセンサ出力と、空燃比λ＝０．９９８の場合のセンサ出力は殆ど変わらず、それらの差（ΔＩ）は非常に小さい。このように、空燃比λの検出域を、特定の微リッチ範囲に限った場合には、ＬＡＦセンサ等よりも、上述したバイナリセンサ（空燃比センサ５）の方が、リニアに検出できる。
＜実施形態２＞
次いで、図９を参照しつつ、本発明の実施形態２に係る空燃比制御システム１Ａについて説明する。本実施形態の空燃比制御システム１Ａでは、温度制御部７Ａが、空燃比センサ５を制御する第１センサ制御装置５１Ａのマイコンにより構成される。なお、空燃比制御部３は、実施形態１と同様、ＥＣＵ８ＡのＣＰＵにより構成される。空燃比制御システム１Ａのその他の構成は、実施形態１と同様である。そのため、その他の構成については、実施形態１と同様の符号を付し、詳細説明は省略する。
本実施形態において、温度制御処理（温度制御工程）は、温度制御部７Ａによって実行される。温度制御処理は、実施形態１と同様、空燃比センサ５の温度が、６５０℃以上の温度範囲内における所定の目標温度Ｔとなるように、空燃比センサ５を加熱するヒータ６の温度を調節する処理である。温度制御部７Ａは、空燃比センサ５の温度を予め設定された目標温度Ｔに維持するために必要なヒータ６の発熱量を算出する。そして、温度制御部７Ａは、算出したヒータ６の発熱量に基づいて、ヒータ６に供給する電力のデューティ比を算出し、その算出したデューティ比に応じたＰＷＭ（Plus Width Modulation）制御信号に基づいてヒータ６を発熱させる。
なお、本実施形態の空燃比制御処理（空燃比制御工程）は、実施形態１と同じであり、空燃比制御部３によって実行される。
このように、温度制御部７Ａは、ＥＣＵ８ＡのＣＰＵではなく、第１センサ制御装置５１Ａのマイコンによって構成されてもよい。
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）上記実施形態１，２において、バイナリセンサからなる空燃比センサ５は、排気管１０のうち、三元触媒４の下流側に設置されていたが、本発明の目的を損なわない限り、他の実施形態において、三元触媒４の下流側以外の箇所（例えば、三元触媒４中や、三元触媒４の上流側）に設置されてもよい。また、三元触媒４以外にも、ＮＯｘ吸蔵還元触媒等の他の排気ガス浄化装置の近傍に設置してもよい。
（２）上記実施形態１，２では、空燃比センサ５は酸素センサとして用いられていたが、本発明の目的を損なわない限り、他の実施形態においては、酸素以外のガスを検出するためのガスセンサを、空燃比センサとして使用してもよい。
（３）他の実施形態においては、ソフトウェアによって実現されていた構成の一部を、ハードウェアで置き換えてもよい。
１，１Ａ…空燃比制御システム、２…内燃機関、３…空燃比制御部、４…三元触媒（排気ガス浄化装置）、５…空燃比センサ、６…ヒータ、７，７Ａ…温度制御部、８，８Ａ…ＥＣＵ、９…吸気管、１０…排気管、１１…インジェクタ、１２…スロットル弁、２０…上流側センサ、２１…第２センサ制御装置、５１，５１Ａ…第１センサ制御装置

Claims (6)

  1. 内燃機関に供給される燃料混合気の空燃比λを、目標空燃比となるように、前記燃料混合気の混合比を調節して制御する空燃比制御部と、
    前記内燃機関の排気側に設けられ、前記内燃機関からの排気を浄化する排気ガス浄化装置と、
    前記内燃機関の排気側に設けられ、理論空燃比を境にリッチ側とリーン側とで出力が急峻に変化する空燃比センサと、
    前記空燃比センサを加熱するヒータと、
    前記ヒータの温度を調節して、前記空燃比センサの温度を制御する温度制御部とを備える空燃比制御システムであって、
    前記空燃比制御部は、０．９８０≦λ＜１．０００、かつ前記空燃比λの変化量Δλが０．００８の範囲であって、前記空燃比センサの出力差ΔＶが１５０ｍＶ以下となる前記範囲内の所定の空燃比を、前記目標空燃比とし、かつ、前記空燃比センサの出力に基づいて、前記燃料混合気の前記混合比を制御し、
    前記温度制御部は、前記空燃比センサの温度が６５０℃以上の温度範囲内における所定の目標温度となるように前記空燃比センサの温度を制御する空燃比制御システム。
  2. 前記範囲における前記出力差ΔＶが５０ｍＶ以上である請求項１に記載の空燃比制御システム。
  3. 前記温度制御部は、前記空燃比センサの温度が８５０℃以下となるように制御する請求項１又は請求項２に記載の空燃比制御システム。
  4. 前記空燃比センサは、前記排気ガス浄化装置中、若しくは前記排気ガス浄化装置の下流側に設けられる請求項１から請求項３の何れか一項に記載の空燃比制御システム。
  5. 内燃機関に供給される燃料混合気の空燃比λを、目標空燃比となるように、前記燃料混合気の混合比を調節して制御する空燃比制御方法であって、
    前記内燃機関の排気側に、前記内燃機関からの排気を浄化する排気ガス浄化装置が設けられ、
    前記内燃機関の排気側に設けられ、理論空燃比を境にリッチ側とリーン側とで出力が急峻に変化する空燃比センサが設けられ、
    ０．９８０≦λ＜１．０００、かつ前記空燃比λの変化量Δλが０．００８の範囲であって、前記空燃比センサの出力差ΔＶが１５０ｍＶ以下となる前記範囲内の所定の空燃比を、前記目標空燃比とし、前記空燃比センサの出力に基づいて、前記燃料混合気の前記混合比を制御する空燃比制御工程と、
    前記空燃比センサの温度が６５０℃以上の温度範囲内における所定の目標温度となるように、前記空燃比センサを加熱するヒータの温度を調節する温度制御工程とを備える空燃比制御方法。
  6. 前記範囲における前記出力差ΔＶが５０ｍＶ以上である請求項５に記載の空燃比制御方法。
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