JPWO2014045367A1 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

内燃機関（２）の排気経路（４）には酸素吸蔵能を備える触媒（６）と、触媒（６）の上流に設置された第１空燃比センサ（１０）、触媒の下流に設置された第２空燃比センサ（１２）とが配置される。内燃機関（２）の空燃比は、理論空燃比よりリッチなリッチ空燃比又は、理論空燃比よりリーンなリーン空燃比に制御される。そして、空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比に切り替えられた後、触媒（６）が酸素吸蔵量の上限まで酸素を吸蔵した状態、又は、空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に切り替えられた後、触媒（６）が酸素吸蔵量の下限まで酸素が放出した状態、に達したと判定される状態において、第１空燃比センサ（１０）の出力である第１出力と、第２空燃比センサ（１２）の出力である第２出力とが検出される。この第１出力と第２出力との差異に基づき、第１空燃比センサ（１０）の出力が補正される。

Description

この発明は空燃比センサの出力補正装置に関する。更に具体的には、内燃機関の排気経路の触媒前後にそれぞれ設置された空燃比センサの出力を補正する出力補正装置に関するものである。

例えば、特許文献１には、触媒の前後にそれぞれ配置された空燃比センサを有する、空燃比制御装置の故障検出装置が開示されている。この装置は、触媒の前後の空燃比センサの出力差に基づいて、上流に設置された空燃比センサの故障又は触媒コンバータの故障を判定する。また、この装置においては、下流側の空燃比センサの出力が基準出力に基づいて補正され、上流側の空燃比センサの出力は下流側の空燃比センサを用いて補正される。

日本特開平０６−２８０６６２号公報 日本特開２００７−２８５２８８号公報 日本特開２０１１−１１７４６２号公報 日本特開平０９−２８７５０４号公報

空燃比センサの製造誤差や劣化等により、触媒前後の空燃比センサの特性に誤差が生じている場合、空燃比センサ間の出力誤差が、触媒前後の両空燃比センサの出力を用いる種々の制御の制御パラメータに影響を与える。例えば、前後の空燃比センサの出力に基づく触媒故障検出では、正常、異常判定において誤判定を招く虞がある。このため触媒前後の空燃比センサ間での出力特性のずれ、あるいはそれにより生じる空燃比のずれを補正することができるシステムが望まれる。

この点、特許文献１のシステムでは、触媒前には限界電流式の空燃比センサ、触媒後には起電力式の空燃比センサが設置されている。ここで、起電力式の空燃比センサと限界電流式の空燃比センサとの間で、特性のずれを修正することは難しい。

従って、この発明は上記課題を解決することを目的とし、触媒前後に設置された２つの空燃比センサ間でずれを補正することができるように改良した内燃機関の制御装置を提供するものである。

この発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、触媒と第１空燃比センサと、第２空燃比センサとを備える内燃機関に適用される。触媒は、排気経路に設置され、酸素吸蔵能を備える。第１空燃比センサは、触媒の上流に設置され、第２空燃比センサは触媒の下流に設置されるセンサである。この内燃機関の制御装置は、内燃機関の空燃比を、理論空燃比よりリッチなリッチ空燃比又は、理論空燃比よりリーンなリーン空燃比に制御する制御手段を備える。また、この内燃機関の制御装置は、検出手段と、補正手段とを備える。検出手段は、空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比に切り替えられた後、触媒が酸素吸蔵量の上限まで酸素を吸蔵した状態、又は、空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に切り替えられた後、触媒が酸素吸蔵量の下限まで酸素が放出した状態、に達したと判定される状態において、第１空燃比センサの出力である第１出力と、第２空燃比センサの出力である第２出力とを検出する。補正手段は、第１出力と第２出力との差異に基づき、第１空燃比センサの出力と、第１空燃比センサの出力に応じて演算される空燃比の値との関係（以下「第１の関係」とも称する）を補正する。この補正には、例えば、検出された第１空燃比センサの出力信号に応じた値を補正し、この補正値から空燃比の値を求める場合や、マップや演算式等により定められた第１空燃比センサの出力値とそれに対する空燃比の値との関係性を補正し、この補正された関係性に基づき第１空燃比センサの出力から空燃比の値を求める場合や、第１空燃比センサの出力値から算出された空燃比の値を補正する場合などが含まれる。

本発明において、触媒の酸素吸蔵量の上限、又は、下限は、その触媒毎に異なり、かつ触媒の温度、劣化状態等に応じて変化する値である。このような状態に達したか否かは、例えば、空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比に切り替えられた後、又はリーン空燃比からリッチ空燃比に切り替えられた後、基準時間が経過した否かに基づき判定するものとしてもよい。あるいは、この状態に達したか否かは、空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比に切り替えられた後、第２空燃比センサの出力がリーン空燃比に応じた出力を達したか否か、又は、リーン空燃比からリッチ空燃比に切り替えられた後、第２空燃比センサの出力がリッチ出力に応じた出力に達したか否かに基づき、判定するものとしてもよい。

本発明において、補正手段は、空燃比がリッチ空燃比に制御されている状態で検出された第１出力と第２出力との差異に応じて、空燃比がリッチな領域における第１の関係を補正し、空燃比がリーン空燃比に制御されている状態で検出された第１出力と第２出力との差異に応じて、空燃比がリーンな領域における第１の関係を補正するものとしてもよい。

また、本発明において内燃機関の制御装置は、内燃機関への燃料供給を停止して燃料カット運転を実行する手段を、更に備えるものとしてもよい。この場合、補正手段は、空燃比センサの大気に対応する出力の基準値と、燃料カット運転中に検出された第１空燃比センサの出力である第３出力との差異に応じて、第１の関係を、更に補正するものとしてもよい。この場合において、補正手段は、更に、基準値と第３出力との差異に応じて、第２空燃比センサの出力と、第２の空燃比センサの出力に応じて算出される空燃比の値との関係（以下「第２の関係」とも称する）を補正するものとしてもよい。上記同様、この補正には、例えば、検出された第２空燃比センサの出力信号に応じた値を補正し、この補正値から空燃比の値を求める場合や、マップや演算式等により定められた第２空燃比センサの出力値とそれに対応する空燃比の値との関係性を補正し、この補正された関係性に基づき第２空燃比センサの出力から空燃比の値を求める場合や、第２空燃比センサの出力値から算出された空燃比の値を補正する場合などが含まれる。なお、「出力の基準値」とは、例えば、空燃比センサの出力中央値品の大気に対する出力や、演算により算出される大気に対する空燃比センサの理論的出力等を基に、予め設定される基準となる値である。

また、発明において、補正手段は、基準値と第３出力との差異に応じて、空燃比がリーンな領域における第１の関係又は第２の関係を補正し、空燃比センサのリーンな領域における出力特性に対するリッチな領域における出力特性に応じて予め設定された補正係数と、基準値と第３出力との差異とから、空燃比がリッチな領域における第１の関係又は第２の関係を補正するものとしてもよい。

また、本発明において、補正手段は、触媒が基準の活性温度に達する前の状態において検出された、第１空燃比センサの出力である第４出力と、第２空燃比センサの出力である第５出力との差異と、第１出力と第２出力との差異とに応じて、第１の関係を補正するものとしてもよい。

触媒に吸蔵されていた酸素が酸素吸蔵量の下限まで放出された状態に達した場合や、触媒に酸素が上限まで吸蔵された状態に達すると、触媒下流の排気ガス空燃比は、触媒上流の排気ガス空燃比の変化に応じて変化し、触媒上流と下流とで排気ガスの空燃比が概ね同一となると推定される。この状態では、触媒の上流、下流の空燃比センサの出力（第１出力、第２出力）は、本来であれば概ね同一となる。しかしながら、空燃比センサの出力特性にばらつきが生じているような場合、第１出力と第２出力との間には差異が生じる。従って、本発明では、第１出力と第２出力との差異に基づいて、第１空燃比センサの出力とこれに対応する空燃比の値との関係を補正することで、第１空燃比センサと第２空燃比センサとの間に生じている出力特性のばらつきによる影響を除去し、触媒の上流と下流とで空燃比センサの出力特性をあわせることができる。これにより、触媒上流、下流の両空燃比センサの出力を用いる制御の精度を向上させることができる。

また、触媒上流側には触媒下流側に比べて高温な排気ガスが流通する。このため触媒上流側に配置される第１空燃比センサは、下流側の第２空燃比センサより劣化が進行しやすい。この点、本発明によれば、触媒上流側に位置される第１空燃比センサの出力を、下流側の第２空燃比センサの出力に合わせたものとすることができるため、高い精度で空燃比の検出を行うことができる。

また、空燃比センサの出力は、空燃比がリッチな領域とリーンな領域とで異なっている。この点、本発明において、空燃比がリッチな領域と、リーンな領域とに分けて、補正するものの場合、それぞれの領域の出力特性に合わせて、より正確に空燃比センサの出力と空燃比の値との関係の補正を行うことができる。

また、燃料カット運転中の第１空燃比センサの出力（第３出力）と基準値との差異は、第１空燃比センサの大気に対する出力と、大気に対する基準の出力値との差異に相当する。従って、第３出力と基準値との差異を加味して空燃比センサの出力を補正することで、基準となる空燃比センサに対する第１空燃比センサの出力ずれを修正し、より正確な空燃比を検出することができる。

また、各空燃比センサのリーン領域の出力特性と、リッチ領域の出力特性とは特定の対応関係を有し、この関係は予め補正係数として設定することができる。従って、上記の燃料カット運転中の第３出力と基準値との差異と補正係数とにより、リッチ領域の出力特性についてもより適正に補正をすることができる。これにより、リーン領域、リッチ領域について、より正確に空燃比を検出することができる。

この発明の実施の形態におけるシステムの全体構成について説明するための模式図である。 本発明の実施の形態における空燃比センサの出力と空燃比との関係について説明するための図である。 本発明の実施の形態における空燃比センサの回路誤差について説明するための図である。 本発明の実施の形態における空燃比センサの出力特性の補正について説明するための図である。 本発明の実施の形態における出力特性を一致させる補正値を算出する制御について説明するためのタイミングチャートである。 本発明の実施の形態において制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。 本発明の実施の形態において制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。 本発明の実施の形態において制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。 本発明の実施の形態において制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するための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の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。

実施の形態．
図１は、この発明の実施の形態におけるシステムの全体構成について説明するための模式図である。図１のシステムは車両等に搭載されて用いられる。図１において、内燃機関２の排気経路４には、触媒６が設置されている。

触媒６は三元触媒である。触媒６は、正常に機能している状態では、流入する排気ガス空燃比が理論空燃比（以下「ストイキ」とも称する）付近にある場合に排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの３成分を効率的に浄化する。また、触媒６は、酸素吸蔵能（Oxygen Storage Capacity；以下「ＯＳＣ」とも称する）を有し、排気ガス空燃比がリーンのときに排気ガス中の酸素を吸着貯蔵して、窒素酸化物（ＮＯｘ）等のリーン成分を還元すると共に、排気ガス空燃比がリッチのときに酸素を放出して、排気ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）及び炭化水素（ＨＣ）等のリッチ成分を酸化することで、排気ガスを浄化することができる。

排気経路４の触媒６より上流側には空燃比センサ１０（第１空燃比センサ）が設置されている。排気経路４の触媒６より下流側に、空燃比センサ１２（第２空燃比センサ）が設置されている。なお、便宜的に、以下の実施の形態において、触媒６の上流側の空燃比センサ１０を「Ｆｒセンサ１０」、下流側の空燃比センサ１２を「Ｒｒセンサ１２」とも称することとする。

図１のシステムは制御装置１４を備えている。制御装置１４は内燃機関２のシステム全体を総合制御する。制御装置１４の出力側には各種アクチュエータが接続され、入力側には空燃比センサ１０、１２等の各種センサが接続される。制御装置１４は、センサ信号を受けて排気ガスの空燃比や機関回転数、その他内燃機関２の運転に必要な種々の情報を検出すると共に、内蔵するＲＯＭに記憶された制御プログラムに従って各アクチュエータを操作する。また、制御装置１４は、電源オフ時でもデータを保持し、かつデータの書き換え可能な記憶手段であるバックアップＲＡＭを内蔵しており、各制御に必要な補正値等を記憶する。なお、制御装置１４に接続されるアクチュエータやセンサは多数存在するが、本明細書においてはその説明は省略する。

［空燃比センサの機能について］
空燃比センサ１０、１２は、共に、１セル型の限界電流式の空燃比センサである。空燃比センサ１０、１２それぞれは、排気極と大気極との一対の電極と、この電極間に挟まれた固体電解質膜とを有している。空燃比センサ１０、１２に所定の電圧が印加されると、検出対象となる排気ガスの酸素濃度に応じて固体電解質膜中を酸素イオン（Ｏ^２−）が移動する。

より具体的に、空燃比センサ１０、１２の検出対象となる排気ガスの空燃比がリーン空燃比の時には、空燃比センサ１０、１２への電圧印加により、拡散層を通過した排気極側の酸素がイオン化される。Ｏ^２−は排気極から大気極側に向けて固体電解質膜中を移動する。空燃比センサ１０、１２には、排気極から大気極に移動したＯ^２−の量に応じたプラスの限界電流が流れる。

一方、排気ガス空燃比がリッチ空燃比の時、空燃比センサ１０、１２への電圧印加により、排気ガス中に存在するＨＣ、ＣＯ等のリッチ成分やＨ_２が拡散層を通過して排気極に到達する。一方、大気極側では酸素がイオン化される。Ｏ^２−は、大気極から排気極側に向けて固体電解質膜を移動し、排気極のＨＣやＣＯ、Ｈ_２と反応する。空燃比センサ１０、１２には、この反応により大気極から排気極移動したＯ^２−の量に応じたマイナスの限界電流が流れる。

空燃比センサ１０、１２は、Ｏ^２−の移動により流れる限界電流を、センサ出力（センサ電流）として出力する。図２は、本発明の実施の形態における空燃比センサの出力としてのセンサ電流と空燃比との関係を説明する図である。図２において横軸はセンサ電流、縦軸は空燃比を表している。また、図２は、空燃比センサ１０、１２の同型の空燃比センサの、センサ電流と空燃比との誤差を含まない正確な関係を示している。

上記のように、センサ電流は、排気ガス中の酸素濃度に応じたＯ^２−の移動量に応じたものとなる。従って、センサ電流と、検出対象となる排気ガスの空燃比とは、相関関係を備える。具体的には、センサ電流と空燃比とは、図２に示されるように、互いに比例して増加する関係を有している。

また、上記のように空燃比がリーンな場合と、リッチな場合とでは、センサ電流検出時に起こる現象が異なっている。このため、センサ電流と空燃比との関係（傾き）は、図２に示されるように、空燃比リーン側とリッチ側とで、異なるものとなる。

図２に示すようなセンサ電流と空燃比との関係は、例えば、理論的に、あるいは同型の空燃比センサの初期段階での出力の平均値、あるいは同型の空燃比センサのうち平均的出力を示す出力中央値品の出力に応じて求めることができる。なお、本実施の形態では、図２に示されるような、平均的な空燃比センサのセンサ電流値又は理論的に求められるセンサ電流値と、これに対応する空燃比の値との関係を、予めマップ等として特定し、制御装置１４に記憶する。また、以下、このマップに定められた、空燃比に対応するセンサ電流の値を、便宜的に「真値」と称することとする。

［Ｆｒセンサ１０、Ｒｒセンサ１２の出力に対する補正値の算出］
このシステムにおいて制御装置１４が実行する制御には、空燃比センサ１０、１２の出力を補正する制御が含まれる。即ち、制御装置１４には、空燃比センサ１０、１２のセンサ出力を補正する制御を実行するべくプログラミングされた制御プログラムが記憶されている。なお、本実施の形態においては、空燃比センサ１０、１２の出力補正は、センサ電流をベースに行うものとする。

本実施の形態では、空燃比センサ１０、１２の出力に対し、以下の３種類の出力補正値を算出する。
（１） 回路誤差の補正値
（２） 空燃比センサ１０、１２の出力特性を一致させる補正値
（３） 真値に対する、空燃比センサ１０、１２の出力特性の補正値

（１） 回路誤差の補正値
図３は、本実施の形態におけるセンサ電流と空燃比との関係を説明するための図である。図３において横軸は空燃比、縦軸はセンサ電流を表している。また図３において、破線（ａ）は真値と空燃比との関係を表し、実線（ｂ）は、空燃比センサに回路誤差のみが生じている場合のセンサ電流と空燃比との関係を表している。

上記したように空燃比センサ１０、１２のセンサ電流の真値と空燃比との関係を定めたマップは、予め制御装置１４に記憶されている。しかし、このマップ等を定める際に使用される空燃比センサの出力を処理するための回路と、実際に車両内に搭載された際に使用される空燃比センサ１０、１２の出力を検出するための回路とは異なるものである。また、空燃比センサ１０、１２が継続的に使用された場合、その経年劣化により、センサ電流検出のための回路の抵抗等にズレが生じる。このような回路の差により、センサ電流と空燃比との関係には、誤差（回路誤差）が生じる場合がある。回路誤差は、図３に示されるようにセンサ電流に対し一律に含まれる。

ここで、空燃比センサ１０、１２は、非活性状態のとき、及び排気ガス空燃比がストイキの時に内部電流を発生させず、センサ電流がゼロとなる。従って、空燃比センサ１０、１２が非活性状態のときに検出されたセンサ電流値が、そのまま回路誤差に相当する。従って、Ｆｒセンサ１０、Ｒｒセンサ１２それぞれの回路誤差に対する補正値は、空燃比センサ１０、１２が非活性状態のときの出力値ＩＦｓｔｇ、ＩＲｓｔｇの逆数とする。つまり、この非活性時の出力値ＩＦｓｔｇ、ＩＲｓｔｇが、空燃比センサ１０、１２から減算されるよう補正を行う。

但し、便宜的に、本実施の形態では、制御装置１４は、予め回路誤差ＩＦｓｔｇ、ＩＲｓｔｇ分が差し引かれたセンサ電流を、Ｆｒセンサ１０の出力、Ｒｒセンサ１２の出力として検出するものとする。つまり、以下に続く補正においては、Ｆｒセンサ１０の出力（センサ電流）であるＦｒ出力ＩＦは、回路誤差ＩＦｓｔｇが差し引かれた値である。また、Ｒｒセンサ１２の出力（センサ電流）であるＲｒ出力ＩＲは回路誤差分ＩＲｓｔｇが差し引かれた値である。即ち、Ｆｒ出力ＩＦ、Ｒｒ出力ＩＲは、共に、回路誤差を含まない出力値に補正済みの値である。従って、回路誤差の補正のために新たに検出されたＩＦｓｔｇ、ＩＲｓｔｇの値は、先に記憶されているＩＦｓｔｇ、ＩＲｓｔｇに加算され、回路誤差に対する補正値ＩＦｓｔｇ、ＩＲｓｔｇとしてバックアップＲＡＭに記憶される。

（２） 空燃比センサ１０、１２の出力特性を一致させる補正値
図４は、本実施の形態におけるＦｒセンサ１０及びＲｒセンサ１２の出力特性を説明するための図である。図４において横軸は空燃比、縦軸はセンサ電流を表している。また図４において、破線（ａ）はＲｒセンサ１２の出力特性、実線（ｂ）はＦｒセンサ１０の出力特性を表している。

Ｆｒセンサ１０及び/又はＲｒセンサ１２の出力特性にばらつきが生じると、図４に示されるように、Ｆｒセンサ１０とＲｒセンサ１２との間にずれが生じる場合がある。このようなずれは、触媒６の上流、下流の空燃比の両者に基づく制御における制御パラメータに影響を与え得るため、除去されることが望ましい。従って、回路誤差の補正の後、本実施の形態のシステムは、Ｆｒセンサ１０とＲｒセンサ１２の出力特性を一致させるための補正を行う。

本実施の形態では、図４に示されるようにＦｒセンサ１０の出力特性（線（ｂ））を、Ｒｒセンサ１２の出力特性（線（ａ））に合わせるように補正する形をとる。これは、Ｆｒセンサ１０が高温の排気ガスに晒される環境に配置されるため劣化が進行し出力にずれが生じやすいのに対して、Ｒｒセンサ１２は触媒６により浄化された低温の排気ガスを検出対象とするため劣化が進行しにくいためである。

図５を用いて、Ｆｒセンサ１０とＲｒセンサの出力特性を一致させるための補正方法について説明する。図５は、本発明の実施の形態における出力特性を一致させる補正値を算出する制御について説明するためのタイミングチャートである。図５において、横軸は時間を表している。また、実線（ａ）はＦｒセンサ１０の出力に基づく空燃比、実線（ｂ）は目標空燃比、破線（ｃ）は触媒上流の実際の排気ガス空燃比の変化、実線（ｄ）はＲｒセンサ１２の出力に基づく空燃比、実線（ｅ）は出力特性を一致させるための補正値、実線（ｆ）は触媒６の酸素吸蔵量の変化をそれぞれ表している。

空燃比センサ１０、１２の出力特性を一致させる補正のための補正値は、空燃比がストイキよりリッチな領域（リッチ領域）と、リーンな領域（リーン領域）とに分けて算出される。より具体的に、リーン側の目標空燃比（リーン目標空燃比）をＡ/Ｆ＝１５とし、リッチ側の目標空燃比（リッチ目標空燃比）をＡ/Ｆ＝１４とする。

補正値算出に際し、図５の実線（ｂ）に示されるように、目標空燃比を一定期間ごとにリッチ又はリーン目標空燃比に切り替えるアクティブ制御が実行される。このアクティブ制御中、例えば、時刻ｔ０において空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比に切り替えられると、触媒６上流の排気ガス空燃比は、これに伴ってリーン空燃比に変化する（破線（ｃ））。

触媒６上流で排気ガス空燃比がリーン空燃比に変化すると、吸蔵する酸素を酸素吸蔵量の下限まで放出した状態にあった触媒６は、流入するリーンな排気ガス中の酸素を吸蔵する。これにより排気ガスは触媒６によって還元される。このように触媒６が、酸素を吸蔵しリーンな排気ガスを還元し浄化している間（時刻ｔ０から時刻ｔ１の間）、触媒６下流にはストイキ近傍の排気ガスが排出される。従って、この間、Ｒｒセンサ１２の出力に基づく空燃比は、ストイキ近傍の値となる（実線（ｄ））。

その後、実線（ｆ）に示されるように、時刻ｔ１において触媒６が飽和状態（上限）まで酸素を吸蔵しＯＳＣが飽和状態に達すると、もはや触媒６の酸素吸蔵によっては、排気ガス空燃比は変化しない状態となる。従って、その後Ｒｒセンサ１２の応答遅れ時間等や容積分の遅れ時間経過後の時刻ｔ２において、Ｒｒセンサ１２の出力に基づく空燃比は、目標空燃比と概ね一致し、安定する（実線（ｄ））。

ここで目標空燃比は、一定のリーン目標空燃比に制御されているので、Ｒｒセンサ１２の出力に基づく空燃比が、目標空燃比と概ね一致して安定しているとき、触媒６の上流の排気ガスの空燃比と下流の排気ガス空燃比とが、概ね一致した状態にある。従って、本実施の形態では、この状態に達した後の時刻ｔ３において、Ｆｒ出力ＩＦ（第１出力）とＲｒ出力ＩＲ（第２出力）とを検出する。そして両出力の比から、Ｆｒセンサ１０の出力に対するリーン領域の補正値を算出する。この補正値に応じて、Ｆｒセンサ１０の出力が補正されることで、Ｆｒセンサ１０の出力に基づく空燃比（実線（ａ））と、実際の排気ガス空燃比（破線（ｃ））との間に生じている差が補正され、Ｆｒセンサ１０の出力に基づき、正確に空燃比が算出される。

図示を省略するが、リッチ領域の補正値算出についても同様に行われる。つまり、触媒６が上限まで酸素を吸蔵した状態でリッチ空燃比に切り替えられ、触媒６が酸素吸蔵量の下限まで酸素を放出する（ＯＳＣが飽和状態）と、もはや触媒６内で排気ガス空燃比は変化しない状態となる。この状態に達すると、触媒６の上流と下流で排気ガス空燃比が概ね一致した状態に安定する。従って、この状態に達した後、Ｆｒ出力ＩＦとＲｒ出力ＩＲとを検出し、両出力の比から、リッチ領域におけるＦｒセンサの出力に対する補正値を算出する。

本実施の形態の具体的な制御において、リーン、リッチ領域の補正値を算出するための、Ｆｒ出力ＩＦ、Ｒｒ出力ＩＲの検出タイミングは、目標空燃比がリッチ又はリーン空燃比に切り替えられた時点からの経過時間が、基準時間を越えたときとする。この基準時間は、触媒６の吸蔵酸素が下限まで放出された状態でリーン空燃比に切り替えられた後、触媒６が上限まで酸素を吸蔵するまで、又は触媒６が上限まで酸素を吸蔵した状態でリッチ空燃比に切り替えられた後、触媒６が酸素を下限まで放出するまでの時間（即ち、酸素吸蔵期間）より長い時間に設定される。言い換えると基準時間は、目標空燃比がリッチ又はリーン空燃比に切り替えられた後、触媒６の酸素吸蔵又は放出の作用による排気ガス空燃比の変化が起きなくなるまでの時間より長い時間に設定される。あるいは、基準時間は、目標空燃比がリッチ又はリーン空燃比に切り替えられた後、触媒６の下流の排気ガス空燃比が触媒６の上流の排気ガス空燃比に応じて変化する所定の状態に達するまでの時間よりも長い時間に適宜設定される。なお、触媒６の酸素吸蔵量は、触媒６毎に異なるため、実際の基準時間の具体的な値は、予めその触媒６に応じて適宜設定され、制御装置１４に記憶しておけばよい。あるいは、触媒６の酸素吸蔵量は、触媒６の劣化状態や温度等によっても異なる。従って、例えば、触媒６の劣化判定等の制御により酸素吸蔵期間が検出される場合には、その期間に応じて、基準時間が設定・更新されるように制御してもよい。

また、基準時間経過後の排気ガス空燃比が一致した環境下で、Ｆｒ出力ＩＦ、Ｒｒ出力ＩＲは、基準回数であるＮ回（例えばＮ＝１０）検出され、その平均値が補正値算出に用いられる。

例えば、リッチ領域におけるＦｒ出力ＩＦの平均値ＩＦＲと、Ｒｒ出力ＩＲの平均値ＩＲＲとから、リッチ領域のＦｒ出力ＩＦに対する補正値Ｋ１Ｒ（第１補正値）が、次式（１）により算出される。
Ｋ１Ｒ＝ＩＲＲ／ＩＦＲ ・・・・（１）

同様に、リーン領域におけるＦｒ出力ＩＦの出力平均値ＩＦＬとＲｒセンサ１２の出力平均値ＩＲＬとがそれぞれ求められ、Ｆｒセンサ１０のリーン側の出力に対する補正値Ｋ１Ｌ（第１補正値）が次式（２）により算出される。
Ｋ１Ｌ＝ＩＲＬ/ＩＦＬ ・・・・（２）

補正値Ｋ１Ｒ及び補正値Ｋ１Ｌは、リーン領域、リッチ領域それぞれにおける、Ｆｒセンサ１０の出力に対する補正値（第１補正値）として、バックアップＲＡＭに記憶される。

なお、より正しく補正値を算出するため、補正値の算出のためのＦｒ出力ＩＦ、Ｒｒ出力ＩＲの検出は、次の前提条件下で実行される。
（前提条件１）
内燃機関２の暖気後であること。より具体的には、内燃機関２の水温（又は油温）が基準温度（例えば、７０℃）以上であること。

（前提条件２）
触媒６の暖機後であること。具体的には、触媒６が基準温度（例えば、６００℃）以上であることである。但し、触媒６が暖機したか否かの判断は、触媒６の温度を直接検出するものに限られない。例えば、触媒６が暖機したことを、内燃機関２の始動後の吸入空気量の積算値が基準値より大きくなったことにより、判断することとしてもよい。

（前提条件３）
内燃機関２が加減速中でないこと。加減速中は、排気ガスの空燃比も安定せず、触媒６の前後で排気ガスが同じ空燃比となる環境を作りにくい。即ち、内燃機関２の加減速中は、Ｆｒセンサ１０とＲｒセンサ１２の出力特定を一致させる補正に適した環境になりにくいため、内燃機関２の加減速中の補正値算出は回避する。この条件を満たすか否かは、例えば、スロットル開度の単位時間当たりの変化量が基準値より小さいか否かで判断することができる。

（前提条件４）
Ｆｒセンサ１０及びＲｒセンサ１２が活性状態にあり、故障していないか。具体的には、Ｆｒセンサ１０及びＲｒセンサ１２それぞれのインピーダンスが、基準値以下であるか否かにより、Ｆｒセンサ１０及びＲｒセンサ１２が活性状態か否かが判断される。また、Ｆｒセンサ１０、Ｒｒセンサ１２が故障していないか否かは、別の制御プログラムに従い実行された空燃比センサ１０、１２の故障判定の制御等の結果に基づいて判断される。

（前提条件５）
燃料カット（Ｆ／Ｃ）運転中でないこと。ストイキ近傍のリッチ、リーン目標空燃比に設定した時の空燃比センサの出力値から補正値を算出するためである。

（３） 真値に対する補正値
更に、本実施の形態では、大気出力を基準とする補正を行う。この補正により中央値品（真値）との誤差を修正し、センサ出力に基づき算出される空燃比と、実際の空燃比との差を除去する。この補正は、上記の前提条件１〜４が成立した状態かつ、燃料カット運転中のタイミングで実施する。

具体的に、燃料カット運転に切り替えられてから、所定の時間（例えば３秒程度）が経過した後、燃料カット運転中にＦｒ出力ＩＦが検出される。ここでも、基準回数であるＮ回、Ｆｒ出力ＩＦが検出され、その出力平均値ＩＦＡが求められる。

この平均値の真値ＩＡに対するずれをリーン側の補正値Ｋ２Ｌ（第２補正係数）として、次式（３）により算出する。
Ｋ２Ｌ＝ＩＡ／（ＩＦＡ×Ｋ１Ｌ） ・・・（３）
即ち、ここで算出されるＫ２Ｌは、Ｆｒセンサ１０の補正後の出力に対する、真値の割合である。また、Ｋ１Ｌは、この補正の段階でバックアップＲＡＭに記憶されているＫ１Ｌの値が用いられる。

次に、この補正値からリッチ側の真値に対する補正値を算出する。上記したように、空燃比センサはリッチ側とリーン側とでの反応の違いにより、リッチ領域とリーン領域とで異なる出力特性を示す。具体的には、リッチ領域とリーン領域とで、センサ出力と空燃比との相関関係が異なり、空燃比/センサ電流の傾きが、ストイキ点を境に異なるものとなる。

リッチ領域とリーン領域とのそれぞれにおける、真値についての空燃比/センサ電流の傾きは予め求められる。本実施の形態では、空燃比センサのリーンな領域における出力特性に対するリッチな領域における出力特性に応じて設定された補正係数ｋとして、予め算出されたリッチ側の傾きとリーン側との比（リッチの傾き/リーン領域の傾き）の値を、予め設定し、制御装置１４に記憶させる。この補正係数ｋにより、真値に対するリーン側補正値Ｋ２Ｌから、リッチ側の補正値Ｋ２Ｒ（第３補正係数）を算出することができる。具体的に、リッチ側の補正値Ｋ２Ｒは、次式（４）により算出される。
Ｋ２Ｒ＝ｋ×Ｋ２Ｌ ・・・・・（４）

真値に対する補正値についても、算出されるたびに更新され、バックアップＲＡＭに記憶される。

また、上記のようにＦｒセンサ１０とＲｒセンサの出力特性をあわせるための補正をした補正値により、真値に対する補正値Ｋ２Ｌ，Ｋ２Ｒが算出される。従って、この補正値は、そのまま、Ｒｒセンサ１２の出力Ｒｒの補正値として用いられる。なお、この真値に対する補正において、Ｆｒセンサ１０の出力を用いるのは、内燃機関２からＦｒセンサ１０の設置位置までの容積分の遅れ時間分（所定の時間）を待てば、触媒６のＯＳＣが飽和するのを待たずに、補正値算出のための出力を検出できるためである。即ち、Ｆｒセンサ１０の出力を用いることで、補正値Ｋ２Ｌ、Ｋ２Ｒの学習頻度を増加させることができる。

［Ｆｒセンサ１０、Ｒｒセンサ１２の補正出力の算出］
以上の補正により、空燃比がリーンの場合Ｆｒセンサ１０の補正出力ＩＦ０は、次式（５）のように補正される。
ＩＦ０＝ＩＦ×Ｋ１Ｌ×Ｋ２Ｌ （ＩＦ＞０） ・・・（５）
なお、上記（３）式の通り、Ｋ２Ｌは、ＩＡ／（ＩＦＡ×Ｋ１Ｌ）により算出されるが、補正値Ｋ１Ｌは、補正値算出のたびに更新される値であり、（３）式と（５）式におけるＫ１Ｌの値は同一ではない。従ってＩＦ０＝ＩＦ×ＩＡ／ＩＦＡとなるわけではない。

また、空燃比がリッチの場合Ｆｒセンサ１０の補正出力ＩＦ０は、次式（６）のように補正される。
ＩＦ０＝ＩＦ×Ｋ１Ｒ×Ｋ２Ｒ （ＩＦ≦０） ・・・（６）

更に、空燃比がリーンの場合のＲｒセンサの補正出力ＩＲ０は、次式（７）のように補正される。
ＩＲ０＝ＩＲ×Ｋ２Ｌ （ＩＲ＞０） ・・・（７）

空燃比がリッチの場合の、Ｒｒセンサ１２の出力ＩＲ０は、次式（８）のように補正される。
ＩＲ０＝ＩＲ×Ｋ２Ｒ （ＩＲ≦０） ・・・（８）

［本実施の形態における具体的な制御のルーチン］
図６〜図９は、本発明の実施の形態において制御装置１４が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。図６〜図９のルーチンは一定の演算周期で繰り返し実行されるルーチンである。

まず図６のルーチンにより、回路誤差の補正値が算出される。具体的には、まず、前提条件が成立しているか否かが判別される（Ｓ１０２）。前提条件は予め制御装置１４に記憶された条件であり、具体的には、例えば、内燃機関２の始動後、所定時間以内であるか、水温（又は油温）が所定温度より低いか、Ｆｒセンサ１０、Ｒｒセンサ１２の素子温が共に所定温度より低いか（即ち、例えば、Ｆｒセンサ１０、Ｒｒセンサ１２のインピーダンスが所定値より大きいか）などである。ステップＳ１０２において、前提条件の成立が認められない場合には、今回の処理は一旦終了する。

一方、ステップＳ１０２において前提条件の成立が認められると、次に、Ｆｒ出力ＩＦ、Ｒｒ出力ＩＲがそれぞれ検出される（Ｓ１０４）。次に、Ｆｒ出力ＩＦ、Ｒｒ出力ＩＲが、それぞれ現在バックアップＲＡＭに記憶されているＩＦｓｔｇ、ＩＲｓｔｇに加算され、加算後の値が、補正値ＩＦｓｔｇ、ＩＲｓｔｇとしてバックアップＲＡＭに記憶される。

図７のルーチンでは、前提条件が成立しているか否かが判別される（Ｓ２０２）。前提条件は制御装置１４に記憶された条件である。具体的な前提条件としては、例えば上記の（前提条件１）〜（前提条件５）が挙げられる。前提条件が認められない場合、今回の処理は一旦終了する。

一方、前提条件の成立が認められた場合、目標空燃比がリッチ目標空燃比に設定され、Ｆｒセンサ１０の出力に基づく空燃比フィードバック制御に切り替えられる（Ｓ２０４）。リッチ目標空燃比の具体的な値は制御装置１４に記憶されている。上記ステップＳ２０４の処理により、ストイキを目標空燃比とするＦｒセンサ１０、Ｒｒセンサ１２の出力に基づくＦ/Ｂ制御が停止され、リッチ目標空燃比を目標空燃比とするＦｒセンサ１０の出力に基づくＦ/Ｂ制御に切り替えられる。このＦ/Ｂ制御では、Ｒｒセンサ１２の出力は利用されない。

次に、リッチ目標空燃比の制御に切り替えられてからの経過時間が基準時間に達したか否かが判別される（S２０６）。ここでの基準時間は、上記のように触媒６のＯＳＣに応じて設定される時間であり、設定された値がバックアップＲＡＭ等に記憶されている。基準時間の経過が認められない場合、基準時間の経過が認められるまでの間、このステップＳ２０６の判別処理が繰り返される。

一方、ステップＳ２０６において基準時間の経過が認められると、次に、Ｆｒ出力ＩＦ、Ｒｒ出力ＩＲが検出される（Ｓ２０８）。次に、Ｆｒセンサ１０、Ｒｒセンサ１２の出力がそれぞれ、Ｎ回検出されたか否かが判別される（Ｓ２１０）。検出回数がＮ回以上でない場合には、再びＳ２０８に戻され、検出回数がＮ回に達するまで、Ｆｒ出力ＩＦとＲｒ出力ＩＲの検出と、ステップＳ２１０の判別処理が繰り返される。

一方、ステップＳ２１０において、Ｎ回の検出が認められた場合、次に、目標空燃比がリーン目標空燃比に設定され、Ｆｒ出力ＩＦに基づく空燃比フィードバック制御に切り替えられる（Ｓ２１２）。リーン目標空燃比の具体的な値は制御装置１４に記憶されている。このＦ/Ｂ制御では、Ｒｒセンサ１２の出力は利用されない。

次に、リーン目標空燃比の制御に切り替えられてからの経過時間が基準時間に達したか否かが判別される（Ｓ２１４）。ここでの基準時間は、上記同様、触媒６のＯＳＣに応じた時間であり、適宜設定されバックアップＲＡＭ等に記憶されている。基準時間の経過が認められない場合、基準時間の経過が認められるまで、このステップＳ２１４の判別処理が繰り返される。

一方、ステップＳ２０６において基準時間の経過が認められると、次に、Ｆｒ出力ＩＦ及びＲｒ出力ＩＲが検出される（Ｓ２１６）。次に、Ｆｒ出力ＩＦと、Ｒｒ出力ＩＲとがそれぞれ、Ｎ回検出されたか否かが判別される（Ｓ２１８）。検出回数がＮ回以上でない場合には、再びＳ２１８に戻され、Ｎ回を越えるまで、ステップＳ２１６のＦｒセンサ１０とＲｒセンサ１２との出力の検出と、ステップＳ２１８の判別処理が繰り返される。

一方、Ｎ回の検出が認められた場合、次に、ステップＳ２０８の処理により、リッチ領域下でＮ回取得された、Ｆｒ出力ＩＦ、Ｒｒ出力ＩＲそれぞれの出力平均値ＩＦＲ、ＩＲＲが算出される（Ｓ２２０）。

次に、出力平均値ＩＦＲとＩＲＲとの差の絶対値|ＩＦＲ−ＩＲＲ｜が基準値より大きいか否かが判別される（Ｓ２２２）。ここで基準値は予め制御装置１４に記憶された値であり、例えば、リッチ側の領域において、Ｆｒセンサ１０とＲｒセンサ１２との間に出力ずれが生じていると認められる範囲の下限値に設定されている。従って、ステップＳ２２２において、｜ＩＦＲ−ＩＲＲ｜＞基準値の成立が認められない場合には、リッチ領域側の補正値Ｋ１Ｒは初期値１に設定される（Ｓ２２３）。

一方、ステップＳ２２２において、｜ＩＦＲ−ＩＲＲ｜＞基準値の成立が認められると、次に、Ｆｒセンサ１０に対するリッチ側の補正値Ｋ１Ｒが算出される（Ｓ２２４）。リッチ側の補正値Ｋ１Ｒは、ステップＳ２２０で算出された出力平均値ＩＲＲとＩＦＲとに応じて、上記式（１）に従って算出される。

ステップＳ２２４において、リッチ側の補正値Ｋ１Ｒが算出された場合、又は、ステップＳ２２３において、補正値Ｋ１Ｒ＝１とされた場合、次に、ステップＳ２１６の処理によりリーン領域下でＮ回検出されたＦｒ出力ＩＦと、Ｒｒ出力ＩＲそれぞれの出力平均値ＩＦＬ、ＩＲＬが算出される（Ｓ２２６）。

次に、出力平均値ＩＦＬとＩＲＬとの差の絶対値|ＩＦＬ−ＩＲＬ｜が、基準値より大きいか否かが判別される（Ｓ２２８）。ここで基準値は予め制御装置１４に記憶された値であり、リーン領域において、Ｆｒセンサ１０とＲｒセンサ１２との間に出力ずれが生じていると認められる範囲の下限値に設定されている。従って、ステップＳ２２８において、｜ＩＦＬ−ＩＲＬ｜＞基準値の成立が認められない場合には、リーン側の補正値Ｋ１Ｌは初期値１とされる（Ｓ２２９）。

一方、ステップＳ２２８において、｜ＩＦＬ−ＩＲＬ｜＞基準値の成立が認められると、次に、Ｆｒセンサ１０に対するリーン側の補正値Ｋ１Ｌが算出される（Ｓ２３０）。リーン側の補正値Ｋ１Ｌは、ステップＳ２２６で算出された出力平均値ＩＲＬとＩＦＬとに応じて、上記式（２）に従って算出される。

以上の処理により、ステップＳ２２３又はＳ２２４で求められたＫ１Ｒ及び、ステップＳ２２９又はＳ２３０で求められたＫ１ＬがバックアップＲＡＭに記憶され（Ｓ２３２）、今回の処理が終了する。

図８のルーチンでは、まず前提条件が成立しているか否かが判別される（Ｓ３０２）。前提条件は予め制御装置１４に記憶されている。具体的には例えば上記の（前提条件１）〜（前提条件４）等が条件となる。前提条件の成立が認められない場合、今回の処理は一旦終了する。

一方、図８のルーチンにおいて、前提条件の成立が認められると、次に、Ｆ/Ｃ運転中であるか否かが判別される（Ｓ３０４）。このルーチンは、上記（３）の補正値を算出するものであるから、燃料カット運転中であることが認められない場合、今回の処理は一旦終了する。

一方、ステップＳ３０４において、Ｆ/Ｃ運転中であることが認められると、次に、所定時間が経過したか否かが判別される（Ｓ３０６）。つまり、Ｆ/Ｃ運転に切り替えられた時刻からの経過時間が、所定時間を越えたか否かが判別される。所定時間は、内燃機関２とＦｒセンサ１０の設置位置までの容積分の遅れを考慮して予め設定され、制御装置１４に記憶されている。所定時間の経過が認められない場合、所定時間の経過が認められるまでの間、このステップＳ３０６の判別処理が一定時間ごとに繰り返し実行される。

一方、ステップＳ３０６において所定時間の経過が認められると、次に、Ｆｒ出力ＩＦが検出される（Ｓ３０８）。次に、Ｆｒ出力ＩＦがＮ回検出されたか否かが判別される（Ｓ３１０）。検出回数がＮ回以上でない場合には、再びＳ３０８に戻され、Ｎ回に達するまで、Ｆｒ出力ＩＦの検出と、ステップＳ３１０の判別処理が繰り返される。

一方、ステップＳ３１０において、Ｆｒ出力ＩＦの検出回数がＮ回に達したことが認められると、次に、検出された出力ＩＦの出力平均値ＩＦＡが算出される（Ｓ３１２）。次に、真値に対するリーン側の補正値が算出される（Ｓ３１４）。具体的には上記式（３）に従い、真値に対する補正値Ｋ２Ｌが算出される。

次に、リッチ側の真値に対する補正値Ｋ２Ｒが算出される（Ｓ３１６）。リッチ側の補正値Ｋ２Ｒは、上記式（４）のように、リーン側の補正値Ｋ２Ｌに、所定の補正係数ｋを掛けることにより算出される。この補正係数ｋは、制御装置１４に記憶されている。その後、リッチ、リーン側の補正値Ｋ２Ｌ，Ｋ２Ｒが共にバックアップＲＡＭに保存される（Ｓ３１８）。

図９のルーチンは、空燃比を算出する際に用いられるルーチンである。図９のルーチンは、Ｆｒセンサ１０、Ｒｒセンサ１２の出力から空燃比を算出する際に実行される。図９のルーチンでは、まず、前提条件が成立しているか否かが判別される（Ｓ４０２）。前提条件は制御装置１４に予め記憶されている。具体的な条件は、例えば、内燃機関２の始動後であるか、Ｆｒセンサ１０、Ｒｒセンサ１２が活性状態となっているか、Ｆｒセンサ１０又はＲｒセンサ１２が故障しているか否かなどが挙げられる。前提条件の成立が認められない場合、正しく空燃比を検出できる状態ではないことが予想されるため、今回のルーチンは一旦終了する。

一方、前提条件の成立が認められた場合、次に、補正値Ｋ１Ｌ、Ｋ１Ｒ、Ｋ２Ｌ及びＫ２Ｒが読み出される（Ｓ４０４）。各補正値は、上記の図７〜図８のルーチンにより算出され、バックアップＲＡＭに記憶されたものである。

次に、現在のＦｒ出力ＩＦ及び、Ｒｒ出力ＩＲが取得される（Ｓ４０６）。次に、Ｆｒ出力ＩＦがゼロより大きいか否かが判別される（Ｓ４０８）。つまり、Ｆｒセンサ１０の出力がリーン側の出力を示しているか否かが判別される。

ステップＳ４０８において、Ｆｒ出力ＩＦ＞０であることが認められると、リーン領域の補正値によるＦｒ出力ＩＦの補正が実行される（Ｓ４１０）。具体的には、上記演算式（５）により、Ｆｒセンサ１０の出力補正値ＩＦ０が算出される。

一方、ステップＳ４０８において、Ｆｒ出力ＩＦ＞０の成立が認められない場合、次に、リッチ領域の補正値によるＦｒ出力ＩＦの補正が実行される（Ｓ４１２）。具体的には上記式（６）により、Ｆｒセンサ１０の出力補正値ＩＦ０が算出される。

ステップＳ４１０又はＳ４１２において、Ｆｒセンサ１０の出力補正値ＩＦ０が算出された後、次に、Ｒｒ出力ＩＲがゼロより大きいか否かが判別される（Ｓ４１４）。つまり、Ｒｒセンサ１２の出力がリーン側の出力を示しているか否かが判別される。

ステップＳ４１４において、Ｒｒ出力ＩＲ＞０の成立が認められると、次に、リーン領域の補正値によるＲｒ出力ＩＲの補正が実行される（Ｓ４１６）。具体的には、上記式（７）により、Ｒｒセンサ１２の出力補正値ＩＲ０が算出される。

一方、ステップＳ４１４において、Ｒｒ出力ＩＲ＞０の成立が認められない場合、次に、リッチ領域の補正値によるＲｒ出力ＩＲの補正が実行される（Ｓ４１８）。具体的には、上記式（８）により、Ｒｒセンサ１２の出力補正値ＩＲ０が算出される。

次に、触媒６の前後の空燃比Ａ/Ｆが算出される（Ｓ４２０）。具体的には、上記ステップＳ４１０又はＳ４１２で算出された補正値ＩＦ０に応じ、真値のセンサ電流と空燃比の値との関係を定めたマップに従って、触媒６の上流の空燃比が検出される。また上記ステップＳ４１６又はＳ４１８で算出された補正値ＩＲ０に応じ、真値のセンサ電流と空燃比との関係を定めたマップに従って、触媒６の下流の空燃比が検出される。なお、ここで、補正値ＩＦ０、ＩＲ０には、真値にあわせる補正が施されているので、使用されるマップは、制御装置１４に記憶された真値のセンサ電流と空燃比との変換マップである。その後、今回の処理は終了する。

以上説明したように、本実施の形態によれば、回路誤差を補正してストイキ点を一致させた後、触媒前後の空燃比センサの出力特性をあわせる補正を行った上、更に、大気を基準とする補正が行われる。従って、触媒６前後の空燃比センサの出力特性をあわせると共に、真値とのずれを補正することができ、より高い精度で空燃比のばらつきを補正することができる。

なお、本実施の形態において、ステップＳ２０４、Ｓ２１２の処理が実行されることで、本発明の「制御手段」が実現し、ステップＳ４１０又はＳ４１２の処理が実行されることで「補正手段」が実現する。

また、ステップＳ２２４又はＳ２３０の処理が実行されることで「補正値を演算する手段」が実現し、ステップＳ４１０又はＳ４１２の処理が実行されることで「第１空燃比センサの出力を補正する手段」が実現する。

また、ステップＳ２２４又はＳ２３０の処理が実行されることで「第１補正値を演算する手段」が実現し、ステップＳ３１４又はＳ３１６の処理が実行されることで「第２補正値を演算する手段」が実現し、ステップＳ４１０又はＳ４１２の処理が実行されることで「第１空燃比センサの出力を補正する手段」が実現する。

また、ステップＳ４１６又はＳ４１８の処理が実行されることにより「第２空燃比センサの出力を補正する手段」が実現する。また、ステップＳ３１６の処理が実行されることで、本発明の「第３補正値を演算する手段」が実現する。

本実施の形態では、Ｆｒセンサ１０とＲｒセンサ１２の出力特性をあわせる補正を行う場合に、Ｒｒセンサ１２の出力を基準とする場合について説明した。これは、一般的にＲｒセンサ１２の方が、Ｆｒセンサ１０よりも劣化しにくいと考えられるためである。しかしながら、本発明はこれに限るものではなく、Ｆｒ出力ＩＦとＲｒ出力ＩＲとの誤差分を両センサに分配し、Ｆｒセンサ１０、Ｒｒセンサ１２の出力を補正することで出力特性をあわせるようにしてもよい。また、Ｆｒセンサ１０の出力に基づき、Ｒｒセンサ１２の出力を補正するものであってもよい。

また、本実施の形態では、真値に対する補正値算出に際しては、Ｆｒセンサ１０の出力を用いる場合について説明した。これは、触媒６の上流のＦｒセンサ１０周囲の排気ガスの方が、触媒６による浄化の影響がないため、より早くにＦ/Ｃ運転による排気ガスに応じた出力を発するためである。しかしながら、本発明において、真値に対する補正値算出に際しては、Ｒｒセンサ１２の出力を用いるものとしてもよい。この場合には、Ｆ/Ｃ運転開始後、触媒６のＯＳＣが飽和状態に達したことが推定された後、Ｒｒセンサ１２の出力を検出し、この出力と真値との差に応じて補正値を算出すればよい。

なお、本発明は、ストイキ点を補正する回路誤差を実行しないものであってもよい。このようにしても、触媒６の前後でセンサの特性をあわせることができると共に、大気を基準として中央値品と特性をあわせることで、ある程度高い精度で空燃比センサの出力補正を行うことができる。

また、本実施の形態では、リッチ、リーン領域の両方での出力特性を合わせる補正値を算出する場合について説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば、リッチ領域又はリーン領域の補正値のみを算出し、これを他方の領域の補正値として反映させるものであってもよい。この場合にも、予め、リッチ領域の出力特性とリーン領域の出力特性との関係に応じて補正係数を求めておけば、算出されたリッチ又はリーン領域の補正値から、反対のリーン又はリッチ領域の補正値を求めることができる。

また、本実施の形態では、図７において、リッチ領域でＮ回のセンサ出力を検出（Ｓ２０４〜Ｓ２１０）、リーン領域でＮ回のセンサ出力を検出（Ｓ２１２〜Ｓ２１８）、リッチ領域の補正値Ｋ１Ｒの算出（Ｓ２２０〜Ｓ２２４）、リーン領域の補正値Ｋ１Ｌを算出（Ｓ２２６〜Ｓ２３０）の順に処理して、出力補正係数Ｋ１Ｒ、Ｋ１Ｌを算出する場合について説明した。しかし、この発明はこの順に限るものではなく、リーン領域での出力検出（Ｓ２１２〜Ｓ２１８）の後に、リッチ領域での出力検出（Ｓ２０４〜Ｓ２１０）を行ってもよいし、例えば、リッチ領域の出力を検出した後（Ｓ２０４〜Ｓ２１０）、すぐにリッチ領域の補正値Ｋ１Ｒを算出し（Ｓ２２０〜Ｓ２２４）、リーン領域の出力を検出した後（Ｓ２１２〜Ｓ２１８）、すぐにリーン領域の出力Ｋ１Ｌを算出（Ｓ２２６〜Ｓ２３０）してもよい。

また、連続的にリーン領域、リッチ領域の補正値Ｋ１Ｌ、Ｋ１Ｒを算出するものに限らず、リッチ領域の補正値Ｋ１Ｒの算出のための処理（Ｓ２０４〜Ｓ２１０と、Ｓ２２０〜Ｓ２２４）と、リーン領域の補正値Ｋ１Ｌの算出のための処理（Ｓ２１２〜Ｓ２１８と、Ｓ２２６〜Ｓ２３０）とを、別のルーチンとして分けて行うものであってもよい。

更に、本実施の形態では、補正値Ｋ１Ｒ、Ｋ１Ｌの算出のため、リッチ目標空燃比、リーン目標空燃比に強制的に切り替える場合について説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、内燃機関２が所定のリーン領域で運転されている場合に、リーン領域の補正値Ｋ１Ｌの算出のための処理（Ｓ２０６〜Ｓ２１０と、Ｓ２２０〜Ｓ２２４）を行い、リッチ領域で運転されている場合に、リッチ領域の補正値Ｋ１Ｒの算出のための処理（Ｓ２１４〜Ｓ２１８と、Ｓ２２６〜Ｓ２３０）を行うものとしてもよい。また、例えば、触媒６の劣化判定等、他の制御のために空燃比を強制的にリッチ又はリーンに切り替えるアクティブ制御を実行するタイミングに、補正値Ｋ１Ｌ、Ｋ１Ｒ算出のための処理を組み合わせるものでもよい。

また、本実施の形態では、Ｆｒ出力ＩＦ（第１出力）、Ｒｒ出力ＩＲ（第２出力）を検出するタイミング、即ち、リッチ又はリーン目標空燃比に制御されてから、触媒６が酸素吸蔵量の下限まで酸素を放出した状態又は上限まで酸素を吸蔵した状態となったか否かを、目標空燃比がリッチ又はリーン目標空燃比に切り替えられてからの経過時間が基準時間に達したか否かに基づいて判断する場合について説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、第１出力、第２出力を検出するタイミングは、触媒６のＯＳＣの飽和状態を推定できる他のパラメータにより判断するものであってもよい。

より具体的に、第１出力、第２出力を検出するタイミングは、例えば、リーン領域であれば、図５の時刻ｔ２〜ｔ５の期間に設定されればよい。従って、例えば、この検出タイミングは、Ｒｒセンサ１２の出力を検出（又はモニター）し、目標空燃比が切り替えられてからＲｒセンサ１２の出力が、目標空燃比に対応する出力と等しくなったか又は、等しくなったと認められる程度に、Ｒｒセンサ１２の出力と目標空燃比に対応する出力との差が小さくなったことにより判断するようにしてもよい。また、この検出タイミングは、Ｒｒセンサ１２の出力が目標空燃比に対応する出力近傍の値に達した状態で安定したこと、あるいは、Ｒｒセンサ１２の出力が、Ｆｒセンサ１０の出力との差が所定値以内の状態で安定したことにより判断してもよい。また、Ｒｒセンサ１２の出力に基づく判定に限らず、目標空燃比がリッチ又はリーン目標空燃比に切り替えてからの吸入空気量が、基準量に達したか否かに基づき判断するものであってもよい。

また、本実施の形態では、リッチ目標空燃比を１４とし、リーン目標空燃比を１５とする場合について説明した。このように、ストイキ近傍に比較的近い範囲で、リッチ、リーン目標空燃比を設定することで、実際に空燃比センサの使用される低濃度のリーン、リッチ領域で、上下センサ特性を、前後で合わせることができるため、有効である。

しかしながら、リッチ目標空燃比、リーン目標空燃比をストイキから遠い空燃比に設定することで、空燃比センサの出力は正確に検出しやすい。従って、ストイキとの差が大きい目標空燃比に設定し、より広い範囲の出力特性が一致するように補正するものであってもよい。

また、空燃比センサは、その濃度が特に低濃度となる場合、例えば水素等の拡散速度の速いガスの影響を受けるなどの理由により、ストイキ近傍の領域と、高濃度のストイキから遠い領域とで出力特性に若干の差が出る場合がある。従って、例えば、リッチ側の補正値、リーン側の補正値それぞれを、空燃比をいくつかの区分に分けて算出したものであってもよい。例えば、上記のようにリッチ目標空燃比を１４近傍とした場合の補正値に加え、リッチ目標空燃比を１３とした場合の補正値を同様に求め、それぞれの領域ごとに、出力を補正するようマップとして記憶するものとすることができる。これにより、より高い精度で、夫々の領域に応じた出力補正を行うことができる。

また、本実施の形態では、出力であるセンサ電流に対する補正値を算出し、補正したセンサ電流から、マップに従って空燃比を検出する場合について説明した。しかし、本発明は、これに限るものではない。本発明においては、制御装置に入力される空燃比センサ１０又は１２のセンサ出力信号の値と、このセンサ出力信号の値に応じて求められて制御装置から出力される空燃比の値との関係が、上記のそれぞれのタイミングで検出される各出力（第１出力乃至第６出力）に応じて補正されるものであればよい。従って、例えば、上記の各タイミングで検出された空燃比センサ１０、１２の出力（第1出力乃至第６出力）に対応する空燃比に基づいて各補正値を求め、この補正値により、空燃比センサ１０、１２の出力に応じて算出される空燃比の値を補正するものであってもよい。あるいは、センサ電流の値とこれに対応する空燃比の値との関係性を定めたマップや演算式等を補正し、補正された関係性に従って、空燃比センサ１０、１２の出力に応じて空燃比を算出するものであってもよい。

また、空燃比センサ１０、１２は、センサ電流を出力とするものに限られず、例えば、電圧を出力するものであってもよい。具体的には、センサ電流が、以下の式により、電圧値に変換され、出力として検出されるものが考えられる。
センサ出力[V]＝センサ電流×回路ゲインＧ＋3.3V ・・・（９）
ここで、3.3Vの加算は、センサ電流がゼロのとき、即ち、空燃比が理論空燃比であるときのセンサ出力基準値となる値となる。

このような場合にも、空燃比の算出においては、センサ出力（電圧値）と空燃比との関係性が予め、マップや関数等として制御装置１４に記憶され、このマップ等に従って、出力に応じた空燃比が算出されるようにすることができる。

このように出力を補正するものである場合、回路誤差をセンサ出力から同様に求め、センサ電流がゼロの時の出力基準値（３．３Ｖ）を補正することで、回路誤差補正済みのセンサ出力を用いて、上記式（１）、（２）により補正値を算出することができる。

また、本実施の形態では、センサ出力として既に回路誤差が補正済みのセンサ出力が検出されるものとして説明した。しかし、本発明において、回路誤差の補正のタイミングがこれに限定されるものではなく、例えば、センサ出力検出後に、その出力を補正するものであってもよいし、空燃比を補正するものとしてもよい。

また、本実施の形態では、Ｋ１Ｒ、Ｋ１Ｌ、Ｋ２Ｌ、Ｋ３Ｒ、ＩＦｓｔｇ、ＩＲｓｔｇが算出されるたびに、新たに算出された値に、各補正値を更新し、バックアップＲＡＭに記憶する場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、例えば、算出された各補正値と、前回までに記憶されている各補正値との間でそれを平均化するなどの所定のなまし処理を施し、平均的な補正値を用いるものとしてもよい。これにより、出力の誤検出の影響を抑制し、より高い精度の補正値を算出することができる。

また、本実施の形態では、補正値検出にあたり、各出力を基準回数であるＮ回検出して、その平均値を用いる場合について説明した。ここで、本発明においては、例えばＮ＝１として、検出された出力をそのまま用いても良い。また、Ｎは、１０に限らず、２以上の所定の回数に適宜設定することができる。

また、本実施の形態では、触媒６の暖気後にリッチ又はリーンに空燃比を制御する補正を実行する場合について説明した。本発明では、これに加え、触媒６の暖機前に、Ｆｒ出力ＩＦ（第５出力）、Ｒｒ出力ＩＦ（第６出力）を検出し、両出力をあわせる補正値を、式（１）、（２）に従って求め、これにより補正を行うものとしてもよい。

触媒６の暖機前は、触媒６の下流にも未浄化の排気ガスが排出されるため、触媒６の上流と下流とで排気ガス空燃比が一致すると考えられる。従って、このタイミングで補正を行うことで、空燃比センサ１０、１２の出力特性をある程度あわせることができる。また、このように触媒６の暖機前に算出したＫ１Ｒ、Ｋ１Ｌと、触媒６の暖気後に上記のように算出されたＫ１ＲとＫ１Ｌとの平均値や他のなまし処理をした値を、Ｋ１Ｒ、Ｋ１Ｌとして用いても良い。このように、触媒６暖気前の補正をも加えることで、空燃比センサ１０、１２の補正値学習の機会を増やすことができ、より高い精度で、空燃比制御や触媒劣化判定の制御を実行することができる。また、本実施の形態のように触媒６暖気後のリッチ、リーン領域での補正を加えることで、触媒６暖気前の補正のみの場合に比べ、高い精度で触媒６前後の出力特性の補正を行うことができる。

なお、以上の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、この実施の形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

２ 内燃機関
６ 触媒
１０ 空燃比センサ（Ｆｒセンサ/第１空燃比センサ）
１２ 空燃比センサ（Ｒｒセンサ/第２空燃比センサ）
１４ 制御装置

Claims (8)

1. 排気経路に設置された酸素吸蔵能を備える触媒と、前記触媒の上流に設置された第１空燃比センサと、前記触媒の下流に設置された第２空燃比センサと、
   内燃機関の空燃比を、理論空燃比よりリッチなリッチ空燃比又は、理論空燃比よりリーンなリーン空燃比に制御する制御手段と、を備える内燃機関の制御装置であって、
   前記空燃比が前記リッチ空燃比から前記リーン空燃比に切り替えられた後、前記触媒が酸素吸蔵量の上限まで酸素を吸蔵した状態、又は、前記空燃比が前記リーン空燃比から前記リッチ空燃比に切り替えられた後、前記触媒が酸素吸蔵量の下限まで酸素が放出した状態、に達したと判定される状態において、前記第１空燃比センサの出力である第１出力と、前記第２空燃比センサの出力である第２出力とを検出する検出手段と、
   前記第１出力と前記第２出力との差異に基づき、前記第１空燃比センサの出力と、前記第１空燃比センサの出力に応じて演算される空燃比の値との関係を補正する補正手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記補正手段は、
   前記空燃比が前記リッチ空燃比に制御されている状態で検出された前記第１出力と前記第２出力との差異に応じて、前記空燃比がリッチな領域における、前記第１空燃比センサの出力と、前記第１空燃比センサの出力に応じて演算される空燃比の値との関係を補正し、
   前記空燃比が前記リーン空燃比に制御されている状態で検出された前記第１出力と前記第２出力との差異に応じて、前記空燃比がリーンな領域における、前記第１空燃比センサの出力と、前記第１空燃比センサの出力に応じて演算される空燃比の値との関係を補正する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記内燃機関への燃料供給を停止して燃料カット運転を実行する手段を、更に備え、
   前記補正手段は、
   空燃比センサの大気に対応する出力の基準値と、前記燃料カット運転中に検出された前記第１空燃比センサの出力である第３出力との差異に応じて、前記第１空燃比センサの出力と、前記第１空燃比センサの出力に応じて演算される空燃比の値との関係を、更に補正する請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記補正手段は、前記基準値と前記第３出力との差異に応じて、前記第２空燃比センサの出力と、前記第２空燃比センサの出力に応じて演算される空燃比の値との関係を、更に補正することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記補正手段は、
   前記基準値と前記第３出力との差異に応じて、前記空燃比がリーンな領域における、前記第１空燃比センサの出力と、前記第１空燃比センサの出力に応じて演算される空燃比の値との関係、又は、前記第２空燃比センサの出力と、前記第２空燃比センサの出力に応じて演算される空燃比の値との関係を、補正し、
   空燃比センサのリーンな領域における出力特性に対するリッチな領域における出力特性に応じて予め設定された補正係数と、前記基準値と前記第３出力との差異とから、前記空燃比がリッチな領域における、前記第１空燃比センサの出力と、前記第１空燃比センサの出力に応じて演算される空燃比の値との関係、又は、前記第２空燃比センサの出力と、前記第２空燃比センサの出力に応じて演算される空燃比の値との関係を、補正することを特徴とする請求項３又は４に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記補正手段は、前記触媒が基準の活性温度に達する前の状態において検出された、前記第１空燃比センサの出力である第４出力と、前記第２空燃比センサの出力である第５出力との差異と、前記第１出力と前記第２出力との差異とに応じて、前記第１空燃比センサの出力と、前記第１空燃比センサの出力に応じて演算される空燃比の値との関係を、補正する請求項１から５のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記空燃比が前記リッチ空燃比から前記リーン空燃比に切り替えられた後、又は前記リーン空燃比から前記リッチ空燃比に切り替えられた後、基準時間が経過した場合に、前記触媒が酸素吸蔵量の上限まで酸素を吸蔵した状態、又は、前記触媒が酸素吸蔵量の下限まで酸素が放出した状態、に達したと判定することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
8. 前記空燃比が前記リッチ空燃比から前記リーン空燃比に切り替えられた後、前記第２空燃比センサの出力が前記リーン空燃比に応じた出力を達したか、又は、前記リーン空燃比から前記リッチ空燃比に切り替えられた後、前記第２空燃比センサの出力が前記リッチ出力に応じた出力に達した場合に、前記触媒が酸素吸蔵量の上限まで酸素を吸蔵した状態、又は、前記触媒が酸素吸蔵量の下限まで酸素が放出した状態、に達したと判定することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。

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