WO2013175592A1 - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

内燃機関の空燃比制御装置 Download PDF

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剛 林下
圭一郎 青木
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トヨタ自動車株式会社
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    • F02D41/1495—Detection of abnormalities in the air/fuel ratio feedback system

Definitions

  • the present invention relates to an air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine, and more particularly to an air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine in which air-fuel ratio sensors are provided upstream and downstream of a catalyst provided in an exhaust passage.
  • an internal combustion engine in which a sensor having an air-fuel ratio detection function is provided upstream or downstream of a catalyst provided in an exhaust passage is known.
  • Various devices are known that perform failure detection of the catalyst using the output of the sensor.
  • Patent Document 1 discloses a failure detection device for an air-fuel ratio control device in which two air-fuel ratio sensors are provided upstream and downstream of the catalyst.
  • This failure detection device is premised on performing air-fuel ratio feedback control using the output of the air-fuel ratio sensor upstream of the catalyst, and based on the sensor output difference between the upstream and downstream of the catalyst, the two air-fuel ratio sensors Alternatively, the failure (or deterioration) of the catalyst is detected.
  • Patent Document 2 discloses an air-fuel ratio control apparatus in which an air-fuel ratio sensor is provided upstream of the catalyst and an oxygen sensor is provided downstream of the catalyst.
  • This air-fuel ratio control apparatus is premised on performing air-fuel ratio feedback control using the output of the air-fuel ratio sensor on the upstream side of the catalyst, as in Patent Document 1.
  • the output of the oxygen sensor is substituted for the output of the air-fuel ratio sensor until the air-fuel ratio sensor is activated.
  • the air-fuel ratio sensor and the oxygen sensor have different sensor structures, and therefore the activation temperature of the air-fuel ratio sensor is higher than that of the oxygen sensor, and it takes a long time for activation. That is, this air-fuel ratio control apparatus performs air-fuel ratio feedback control by temporarily utilizing an oxygen sensor that is activated at a relatively low temperature in view of the difference in the active characteristics of the two types of sensors.
  • Patent Document 3 discloses a catalyst deterioration detection device that includes two types of sensors as in Patent Document 2 and detects the deterioration of the catalyst as in Patent Document 1.
  • the deterioration detection immediately after the engine is started is performed when a permission condition is satisfied after a predetermined operation that makes the air-fuel ratio upstream of the catalyst lean.
  • rich components also referred to as unburned gas components; the same applies hereinafter
  • this catalyst deterioration detection device detects the deterioration of the catalyst after removing the rich component adhering to the sensor with lean gas in view of the exhaust characteristic immediately after the engine is started.
  • Patent Document 4 discloses an air-fuel ratio control apparatus in which an oxygen sensor is provided downstream of a catalyst and air-fuel ratio feedback control is performed using the output of the oxygen sensor.
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 6-280662 Japanese Patent Laid-Open No. 8-261042 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-121465 Japanese Unexamined Patent Publication No. 4-342848
  • the sensor adhering period of rich components in exhaust gas described in Patent Document 3 is not limited to immediately after the engine is started.
  • exhaust rich in a rich component stays in the exhaust passage upstream of the catalyst. Therefore, after the engine is stopped, the rich component may adhere to the air-fuel ratio sensor on the upstream side of the catalyst.
  • the sensor adhering period of rich components in exhaust gas described in Patent Document 3 is not limited to immediately after the engine is started.
  • exhaust rich in a rich component stays in the exhaust passage upstream of the catalyst. Therefore, after the engine is stopped, the rich component may adhere to the air-fuel ratio sensor on the upstream side of the catalyst.
  • a porous layer is used for the sensor element, it is inevitable that rich components adhere to the pores.
  • the rich component adhering to the air-fuel ratio sensor can be desorbed by increasing the exhaust temperature after restarting the engine. If the rich component can be desorbed, the sensor accuracy of the air-fuel ratio sensor is restored. However, during the desorption of rich components, the atmosphere around the sensor becomes a rich atmosphere. Therefore, during this period, the air-fuel ratio sensor shows an output that is richer than the actual air-fuel ratio. Therefore, when air-fuel ratio feedback control is performed using the output of the upstream air-fuel ratio sensor, the controllability may be deteriorated during the desorption of the rich component.
  • an object of the present invention is to provide an air-fuel ratio control device for an internal combustion engine that can suppress deterioration in controllability of air-fuel ratio feedback control after engine restart.
  • a first invention is an air-fuel ratio control apparatus for an internal combustion engine, An exhaust purification catalyst provided in the exhaust passage of the internal combustion engine; An upstream air-fuel ratio sensor that is provided in an exhaust passage upstream of the exhaust purification catalyst and continuously outputs a signal corresponding to the air-fuel ratio; A downstream air-fuel ratio sensor provided in an exhaust passage downstream of the exhaust purification catalyst and continuously outputting a signal corresponding to the air-fuel ratio; Use permission for determining whether or not a predetermined use permission condition is satisfied for the output of the upstream air-fuel ratio sensor after the upstream air-fuel ratio sensor and the downstream air-fuel ratio sensor are both activated at the time of starting the internal combustion engine Condition judging means; Starting air-fuel ratio feedback control execution means for executing air-fuel ratio feedback control using the output of the downstream air-fuel ratio sensor until the predetermined use permission condition is satisfied; It is characterized by providing.
  • the second invention is the first invention, wherein After the predetermined use permission condition is established, main air-fuel ratio feedback control using the output of the upstream air-fuel ratio sensor and sub air-fuel ratio feedback control using the output of the downstream air-fuel ratio sensor are executed. It is characterized by.
  • the third invention is the first or second invention, wherein
  • the predetermined use permission condition is whether or not an output difference between the output of the upstream air-fuel ratio sensor and the output of the downstream air-fuel ratio sensor is smaller than a predetermined deviation over a set period. .
  • 4th invention is 1st or 2nd invention
  • the predetermined use permission condition is whether or not a set period has elapsed.
  • the starting air-fuel ratio feedback control execution means prohibits execution of air-fuel ratio feedback control using the output of the upstream air-fuel ratio sensor until the predetermined use permission condition is satisfied.
  • the air-fuel ratio feedback is performed using the output of the downstream air-fuel ratio sensor until a predetermined use permission condition is satisfied. Control can be executed.
  • exhaust gas containing rich components stays in the exhaust passage after the engine is stopped. Therefore, the upstream air-fuel ratio sensor is affected by the adhesion of rich components.
  • the concentration of the rich component is low on the downstream side of the exhaust purification catalyst, and therefore, the downstream air-fuel ratio sensor has a small influence on the attachment of the rich component.
  • the main air-fuel ratio feedback control using the output of the upstream air-fuel ratio sensor and the sub air-fuel ratio using the output of the downstream air-fuel ratio sensor Since the feedback control can be executed, it is possible to improve the emission performance after the restart.
  • the predetermined use permission condition can be determined based on whether or not the output difference is smaller than a predetermined deviation over a set period.
  • the upstream air-fuel ratio sensor and the downstream air-fuel ratio sensor are sensors having similar output characteristics. Therefore, monitoring of the output difference is easy. Therefore, according to the third aspect of the present invention, the completion of desorption of the rich component from the upstream air-fuel ratio sensor can be determined by a simple method.
  • the predetermined use permission condition can be determined based on whether or not the set period has elapsed. Therefore, according to the fourth aspect, as with the third aspect, it is possible to determine the completion of desorption of the rich component from the upstream air-fuel ratio sensor by a simple method.
  • the execution of the air-fuel ratio feedback control using the output of the upstream air-fuel ratio sensor is prohibited until the predetermined use permission condition is satisfied. Deterioration of controllability can be reliably suppressed.
  • FIG. 3 is a flowchart showing an air-fuel ratio feedback control routine executed by an ECU 20 in the first embodiment.
  • the elapsed time after engine starting and the output value of the front A / F sensor 16 and the rear A / F sensor 18 are shown.
  • 6 is a flowchart showing an air-fuel ratio feedback control routine executed by the ECU 20 in the second embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing a system configuration of the air-fuel ratio control apparatus according to the first embodiment.
  • the system of this embodiment includes an engine 10 as a vehicle power device.
  • a catalyst 14 is disposed in the exhaust passage 12 of the engine 10.
  • the catalyst 14 is a three-way catalyst that efficiently purifies the three components of HC, CO, and NOx in the exhaust when the air-fuel ratio flowing into the catalyst 14 is in a narrow range near the stoichiometric range.
  • a front A / F sensor 16 is disposed on the upstream side of the catalyst 14.
  • a rear A / F sensor 18 is disposed on the downstream side of the catalyst 14.
  • the front A / F sensor 16 and the rear A / F sensor 18 are composed of linear detection sensors that can continuously detect an air-fuel ratio over a relatively wide range, and have passed through the air-fuel ratio flowing into the catalyst 14 and the catalyst 14. A signal proportional to the air-fuel ratio is output.
  • the system of this embodiment includes an ECU (Electronic Control Unit) 20.
  • ECU Electronic Control Unit
  • Connected to the input side of the ECU 20 are the above-described front A / F sensor 16, rear A / F sensor 18, and various other sensors necessary for controlling the vehicle and the engine 10.
  • various actuators such as an injector (not shown) for injecting fuel into the engine 10 are connected to the output side of the ECU 20.
  • the ECU 20 uses the outputs of the front A / F sensor 16 and the rear A / F sensor 18 to execute various controls such as air-fuel ratio feedback control described below.
  • Air-fuel ratio feedback control One of the engine controls by the ECU 20 is air-fuel ratio feedback control.
  • a / F feedback control based on the output value of the front A / F sensor 16 (main A / F feedback control) and A / F feedback control based on the output value of the rear A / F sensor 18 (sub (A / F feedback control).
  • the main A / F feedback control based on the deviation between the output value of the front A / F sensor 16 and the theoretical air-fuel ratio, the main F / B is reflected in the calculation of the fuel injection amount (calculated from the intake air amount and the engine speed). A value is calculated.
  • FIG. 2 is a graph showing the relationship between the elapsed time after engine start and the air-fuel ratio. 2 is measured on the upstream side of the catalyst (that is, in the vicinity of the front A / F sensor 16). As shown in FIG.
  • FIG. 3 is an enlarged schematic view of the sensor element portion of the A / F sensor.
  • the structure of the sensor element portion 22 shown in this drawing is common to the front A / F sensor 16 and the rear A / F sensor 18.
  • the sensor element unit 22 includes a solid electrolyte 24, a pair of electrodes 26, a diffusion-controlling layer 28, a shielding layer 30, and a heater 32.
  • the solid electrolyte 24 is made of, for example, a mixture of zirconia and yttria and has a substantially plate shape.
  • the electrode 26 is made of, for example, Pt and has a substantially plate shape like the solid electrolyte 24.
  • the diffusion control layer 28 is a porous layer made of, for example, alumina particles, and circulates gas.
  • the shielding layer 30 is a dense layer made of alumina, for example, and shields gas.
  • FIG. 4 is an enlarged view of a portion A in FIG.
  • the diffusion control layer 28 is made of alumina particles.
  • the rich component is liquefied and adsorbed on the alumina particles.
  • FIG. 3 shows the adsorption state of the rich component on the alumina particles.
  • the adsorbed rich component is desorbed as the temperature of the sensor element unit 22 increases. That is, the rich component is desorbed by the increase in the exhaust temperature after the engine 10 is restarted.
  • the sensor element unit 22 has a rich atmosphere due to the desorbed component. Therefore, during the period (that is, from time T 1 to time T 2 in FIG. 2), the output value of the A / F sensor indicates an output that is richer than the actual A / F.
  • the concentration of the unburned gas component is high on the upstream side of the catalyst 14 and decreases as it goes downstream. This is because the unburned gas component is adsorbed by the catalyst 14. That is, it can be said that there is almost no unburned gas component downstream of the catalyst 14 and that the above-described divergence is unlikely to occur in the rear A / F sensor 18. Therefore, in the present embodiment, the air-fuel ratio feedback control is performed without using the output value of the front A / F sensor 16 until a predetermined period elapses after the front A / F sensor 16 and the rear A / F sensor 18 are activated. It was decided to execute.
  • calculation of the main F / B value by the front A / F sensor 16 is stopped until the predetermined period elapses, and calculation of the sub F / B value by the rear A / F sensor 18 is performed. Only do. That is, during this period, only the sub F / B value calculated based on the output of the rear A / F sensor 18 is reflected in the fuel injection amount. However, the air-fuel ratio feedback using only the sub F / B value has a small correction amount and is difficult to correct. Therefore, in the sub A / F feedback control during this period, the feedback gain (PID control coefficient) is set to be larger than normal (for example, twice).
  • FIG. 5 is a flowchart showing an air-fuel ratio feedback control routine executed by the ECU 20 in the first embodiment. Note that the routine shown in FIG. 5 is repeatedly executed periodically.
  • the ECU 20 determines whether or not the precondition is satisfied (step 110). This precondition is satisfied when (i) the engine 10 is requested to start, and (ii) the front A / F sensor 16 and the rear A / F sensor 18 are activated (the sensor warm-up is completed). And If it is determined that this precondition is satisfied, the ECU 20 calculates the sub F / B value using the output value of the rear A / F sensor 18 and controls the fuel injection amount (step 120). ). That is, only the sub feedback control using the output value of the rear A / F sensor 18 is executed. When it is determined that the precondition is not satisfied, the ECU 20 returns to step 110 and determines again whether the precondition is satisfied.
  • step 130 the ECU 20 determines whether or not a set time has elapsed.
  • the set time corresponds to the above-described fixed period, and an appropriate value stored separately in the ECU 20 is used. The processing in this step is continued until the set time elapses after the above precondition is satisfied.
  • the ECU 20 executes normal air-fuel ratio feedback control (step 140). That is, the main F / B value is calculated using the output value of the front A / F sensor 16 and the sub F / B value is calculated using the output value of the rear A / F sensor 18 to calculate the fuel injection amount. To control. That is, the main feedback control using the output value of the front A / F sensor 16 and the sub feedback control using the output value of the rear A / F sensor 18 are executed.
  • the calculation of the main F / B value by the front A / F sensor 16 is stopped until the predetermined period elapses, but the calculation of the main F / B value itself does not stop. May be. That is, the main F / B value may be estimated by substituting the output value of the rear A / F sensor 18 with the output value of the front A / F sensor 16. If the output of the front A / F sensor 16 is not used until the predetermined period has elapsed, at least the same effect as in the first embodiment can be obtained.
  • the first embodiment is performed.
  • Various modifications are possible.
  • the catalyst 14 is the “catalyst” in the first invention
  • the front A / F sensor 16 is the “upstream air-fuel ratio sensor” in the first invention
  • the rear A / F The sensors 18 respectively correspond to the “downstream air-fuel ratio sensors” in the first invention.
  • the ECU 20 executes the process of step 130 in FIG. 5
  • the “use permission condition determining means” in the first invention executes the process of step 120 in FIG.
  • the starting air-fuel ratio feedback control execution means is realized.
  • Embodiment 2 a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
  • the present embodiment is characterized in that the air-fuel ratio feedback control routine shown in FIG. 7 is executed in the apparatus configuration of FIG. Therefore, the description of the device configuration is omitted.
  • FIG. 6 shows the elapsed time after starting the engine and the output values of the front A / F sensor 16 and the rear A / F sensor 18.
  • the time T 3 after the output value of the front A / F sensor 16 and the rear A / F sensor 18 is equal. Therefore, if switching to normal air-fuel ratio feedback control is performed at time T 3 , highly accurate air-fuel ratio feedback control that is realistic can be achieved. However, it is necessary to consider the difference between the sensors. Therefore, in the present embodiment, when the difference between the output values of both sensors (output difference Vi) becomes smaller than the conforming value a over a predetermined period (conforming value), it is determined that the output values of both sensors are equal. To do.
  • FIG. 7 is a flowchart showing an air-fuel ratio feedback control routine executed by the ECU 20 in the second embodiment. Note that the routine shown in FIG. 7 is repeatedly executed periodically.
  • the ECU 20 determines whether or not the precondition is satisfied (step 150), and calculates the main F / B value using the output value of the rear A / F sensor 18 (step 160).
  • the processing in steps 150 and 160 is the same as the processing in steps 110 and 120 in FIG.
  • step 160 the ECU 20 determines whether or not the output values of the front A / F sensor 16 and the rear A / F sensor 18 are equal (step 170). As described above, the ECU 20 determines that the output values of both sensors are equal when the output difference Vi becomes smaller than the conforming value a over a certain period. The process in this step is continued until it is determined that the output values of both sensors are equivalent. If it is determined that the output difference Vi is equal, the ECU 20 executes normal air-fuel ratio feedback control (step 180). The processing in this step is the same as the processing in step 140 in FIG.
  • the sub feedback control using the output value of the rear A / F sensor 18 until the output values of the front A / F sensor 16 and the rear A / F sensor 18 are determined to be equivalent Only executed. Therefore, it is possible to obtain an effect equivalent to the effect of the routine shown in FIG. 5 and to realize an air-fuel ratio feedback control with high accuracy in accordance with reality.

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Abstract

　この発明は、内燃機関の空燃比制御装置に関し、機関再始動後の空燃比フィードバック制御の制御性の悪化を抑制可能な内燃機関の空燃比制御装置を提供することを目的とする。　図６は、エンジン始動後の経過時間と、フロントＡ／Ｆセンサ１６およびリアＡ／Ｆセンサ１８の出力値を示したものである。図６に示すように、時刻Ｔ３以降は、フロントＡ／Ｆセンサ１６およびリアＡ／Ｆセンサ１８の出力値が同等となる。よって、時刻Ｔ３において通常の空燃比フィードバック制御への切り替えを行えば、現実に即した精度の高い空燃比フィードバック制御が可能となる。

Description

内燃機関の空燃比制御装置
　本発明は、内燃機関の空燃比制御装置に関し、より詳細には排気通路に設けた触媒の上下流に空燃比センサを設けた内燃機関の空燃比制御装置に関する。
　従来、排気通路に設けた触媒の上流や下流に空燃比検出機能を有するセンサを設けた内燃機関が知られている。また、このセンサの出力を用いて該触媒の故障検出等を行う各種装置が知られている。
　例えば特許文献１には、触媒上下流に２つの空燃比センサを設けた空燃比制御装置の故障検出装置が開示されている。この故障検出装置は、触媒上流側の空燃比センサの出力を用いて空燃比フィードバック制御を行うことを前提としたものであり、触媒上下流のセンサ出力差に基づいて、該２つの空燃比センサまたは該触媒の故障（または劣化）検出が行われる。
　また、例えば特許文献２には、触媒上流に空燃比センサを設けると共に触媒下流に酸素センサを設けた空燃比制御装置が開示されている。この空燃比制御装置は、上記特許文献１同様、触媒上流側の空燃比センサの出力を用いて空燃比フィードバック制御を行うことを前提とする。但し、この空燃比制御装置では、該空燃比センサが活性化するまでの間、該酸素センサの出力が該空燃比センサの出力に代用される。この理由は、空燃比センサと酸素センサとではセンサ構造が異なり、故に、空燃比センサの活性温度は酸素センサのそれよりも高く、活性化に長時間を要するためである。即ち、この空燃比制御装置は、２種類のセンサの活性特性の違いに鑑み、相対的に低温で活性化する酸素センサを一時的に活用して空燃比フィードバック制御を行うものである。
　また、例えば特許文献３には、特許文献２同様に２種類のセンサを搭載し、特許文献１同様に触媒の劣化検出を行う触媒劣化検出装置が開示されている。この触媒劣化検出装置においては、触媒上流の空燃比をリーンにする所定運転後という許可条件の成立をもって、機関始動直後の該劣化検出が行われる。この理由は、機関始動直後の排気中のリッチ成分（未燃ガス成分ともいう。以下同じ。）はセンサに付着し易く、また、付着したリッチ成分はリーンガスの供給により除去できるためである。即ち、この触媒劣化検出装置は、機関始動直後の排気特性に鑑み、センサに付着したリッチ成分をリーンガスにより除去した上で触媒の劣化検出を行うものである。
　また、例えば特許文献４には、触媒下流に酸素センサを設け、該酸素センサの出力を用いて空燃比フィードバック制御を行う空燃比制御装置が開示されている。
日本特開平６－２８０６６２号公報 日本特開平８－２６１０４２号公報 日本特開２００８－１２１４６５号公報 日本特開平４－３４２８４８号公報
　ところで、特許文献３のところで述べた排気中のリッチ成分のセンサ付着期間は、機関始動直後に限られない。例えば、機関停止後、触媒上流側の排気通路内にはリッチ成分の濃い排気が滞留する。そのため、機関停止後は該リッチ成分が触媒上流側の空燃比センサに付着する可能性がある。特に、センサ素子に多孔質層を用いる場合には、その細孔内部へのリッチ成分の付着が避けられない。
　空燃比センサに付着したリッチ成分は、機関再始動後、排気温度を上昇させることで脱離できる。リッチ成分を脱離できれば、空燃比センサのセンサ精度は回復する。しかしながら、リッチ成分の脱離中、センサ周囲はリッチ雰囲気となる。そのため、該期間中、空燃比センサは実際の空燃比よりもリッチ側の出力を示すことになる。従って、上流側の空燃比センサの出力を用いて空燃比フィードバック制御を行う場合には、当該リッチ成分の脱離中にその制御性が悪化する可能性があった。
　本発明は、上述の課題に鑑みなされたものである。即ち、機関再始動後の空燃比フィードバック制御の制御性の悪化を抑制可能な内燃機関の空燃比制御装置を提供することを目的とする。
　第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の空燃比制御装置であって、
　内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒と、
　前記排気浄化触媒よりも上流側の排気通路に設けられ、空燃比に応じた信号を連続的に出力する上流側空燃比センサと、
　前記排気浄化触媒よりも下流側の排気通路に設けられ、空燃比に応じた信号を連続的に出力する下流側空燃比センサと、
　前記内燃機関の始動の際、前記上流側空燃比センサと前記下流側空燃比センサとが共に活性化した後に、前記上流側空燃比センサの出力について所定の使用許可条件の成否を判定する使用許可条件判定手段と、
　前記所定の使用許可条件が成立するまで、前記下流側空燃比センサの出力を用いて空燃比フィードバック制御を実行する始動時空燃比フィードバック制御実行手段と、
　を備えることを特徴とする。
　また、第２の発明は、第１の発明において、
　前記所定の使用許可条件の成立後は、前記上流側空燃比センサの出力を用いたメイン空燃比フィードバック制御と、前記下流側空燃比センサの出力を用いたサブ空燃比フィードバック制御とを実行することを特徴とする。
　また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
　前記所定の使用許可条件は、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の出力差が設定期間に亘って所定偏差よりも小さいか否かであることを特徴とする。
　また、第４の発明は、第１または第２の発明において、
　前記所定の使用許可条件は、設定期間が経過したか否かであることを特徴とする。
　また、第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れか１つにおいて、
　前記始動時空燃比フィードバック制御実行手段は、前記所定の使用許可条件が成立するまで、前記上流側空燃比センサの出力を用いた空燃比フィードバック制御の実行を禁止することを特徴とする。
　第１の発明によれば、上流側空燃比センサと下流側空燃比センサとが共に活性化した後、所定の使用許可条件が成立するまで、下流側空燃比センサの出力を用いて空燃比フィードバック制御を実行できる。上述したように、機関停止後の排気通路内にはリッチ成分を含んだ排気が滞留する。そのため、上流側空燃比センサはリッチ成分の付着影響を受ける。しかし、排気浄化触媒よりも下流側においては、該リッチ成分の濃度は低く、故に、下流側空燃比センサはリッチ成分の付着影響が小さい。従って、上流側空燃比センサと下流側空燃比センサとが共に活性化した後、所定の使用許可条件が成立するまで下流側空燃比センサの出力を用いれば、再始動後の空燃比フィードバック制御の制御性の悪化を抑制できる。また、再始動時におけるエミッション性能の向上を図ることが可能となる。
　第２の発明によれば、上記所定の使用許可条件の成立後、上記上流側空燃比センサの出力を用いたメイン空燃比フィードバック制御と、上記下流側空燃比センサの出力を用いたサブ空燃比フィードバック制御とを実行できるので、再始動後におけるエミッション性能の向上を図ることが可能となる。
　第３の発明によれば、上記出力差が設定期間に亘って所定偏差よりも小さいか否かにより、上記所定の使用許可条件を判定できる。上記上流側空燃比センサおよび上記下流側空燃比センサは、同様の出力特性を有するセンサである。そのため、上記出力差のモニタリングは容易である。従って、第３の発明によれば、簡易な手法によって上記上流側空燃比センサからのリッチ成分の脱離完了を判別できる。
　第４の発明によれば、上記設定期間が経過したか否かにより、上記所定の使用許可条件を判定できる。従って、第４の発明によれば、第３の発明同様、簡易な手法によって上記上流側空燃比センサからのリッチ成分の脱離完了を判別できる。
　第５の発明によれば、上記所定の使用許可条件が成立するまで、上記上流側空燃比センサの出力を用いた空燃比フィードバック制御の実行を禁止するので、再始動後の空燃比フィードバック制御の制御性の悪化を確実に抑制できる。
実施の形態１の空燃比制御装置のシステム構成を示す図である。 エンジン始動後の経過時間と、空燃比との関係を示した図である。 Ａ／Ｆセンサのセンサ素子部の拡大模式図である。 図３のＡ部の拡大図である。 実施の形態１において、ＥＣＵ２０により実行される空燃比フィードバック制御ルーチンを示すフローチャートである。 エンジン始動後の経過時間と、フロントＡ／Ｆセンサ１６およびリアＡ／Ｆセンサ１８の出力値を示したものである。 実施の形態２において、ＥＣＵ２０により実行される空燃比フィードバック制御ルーチンを示すフローチャートである。
実施の形態１．
［システム構成の説明］
　先ず、図１乃至図５を参照しながら、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、実施の形態１の空燃比制御装置のシステム構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態のシステムは、車両動力装置としてのエンジン１０を備えている。エンジン１０の排気通路１２には、触媒１４が配置されている。触媒１４は、これに流入する空燃比がストイキ付近の狭い範囲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三元触媒である。
　また、図１に示すように、触媒１４の上流側にはフロントＡ／Ｆセンサ１６が配置されている。同様に、触媒１４の下流側には、リアＡ／Ｆセンサ１８が配置されている。フロントＡ／Ｆセンサ１６およびリアＡ／Ｆセンサ１８は、比較的広範囲に亘る空燃比を連続的に検出可能なリニア検出型センサから構成され、触媒１４に流入する空燃比および触媒１４を通過した空燃比に比例した信号を出力する。
　また、本実施形態のシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)２０を備えている。ＥＣＵ２０の入力側には、上述したフロントＡ／Ｆセンサ１６、リアＡ／Ｆセンサ１８や、その他車両やエンジン１０の制御に必要な各種のセンサが接続されている。一方、ＥＣＵ２０の出力側にはエンジン１０に燃料を噴射するインジェクタ（図示しない）などの各種アクチュエータが接続されている。ＥＣＵ２０はフロントＡ／Ｆセンサ１６やリアＡ／Ｆセンサ１８の出力を用い、以下に述べる空燃比フィードバック制御等の各種制御を実行する。
［空燃比フィードバック制御］
　ＥＣＵ２０によるエンジン制御のひとつに、空燃比フィードバック制御がある。空燃比フィードバック制御では、フロントＡ／Ｆセンサ１６の出力値に基づくＡ／Ｆフィードバック制御（メインＡ／Ｆフィードバック制御）と、リアＡ／Ｆセンサ１８の出力値に基づくＡ／Ｆフィードバック制御（サブＡ／Ｆフィードバック制御）とが行われている。メインＡ／Ｆフィードバック制御では、フロントＡ／Ｆセンサ１６の出力値と理論空燃比との偏差に基づき、燃料噴射量（吸入空気量およびエンジン回転数により算出）の計算に反映させるメインＦ／Ｂ値が算出される。サブＡ／Ｆフィードバック制御では、リアＡ／Ｆセンサ１８の出力値と、触媒最適浄化点に対応する基準値との偏差が求められ、そのＰＩＤ制御によって上記燃料噴射量に反映させるサブＦ／Ｂ値が算出される。
　ところで、上述したように、機関停止後、触媒上流の排気通路内にはリッチ成分の濃い排気が滞留する。この滞留現象は本システムにおいても起こる。そのため、エンジン１０の停止後、排気中のリッチ成分がフロントＡ／Ｆセンサ１６やリアＡ／Ｆセンサ１８に付着する可能性がある。このことに関し、図２を参照しながら説明する。図２は、エンジン始動後の経過時間と、空燃比との関係を示した図である。なお、図２に示す空燃比は、触媒上流側（つまり、フロントＡ／Ｆセンサ１６の近傍）において測定したものである。
　図２に示すように、時刻Ｔ１においてセンサが活性した後、時刻Ｔ２に到るまで、実際の空燃比（実Ａ／Ｆ）と、Ａ／Ｆセンサの出力値との間に乖離が生じる（所謂リッチ出力ズレを起こす）。これは、Ａ／Ｆセンサの素子部に排気中のリッチ成分が付着しているためである。
　Ａ／Ｆセンサの素子部へのリッチ成分の付着について、図３乃至図４を参照しながら説明する。図３はＡ／Ｆセンサのセンサ素子部の拡大模式図である。なお、本図に示すセンサ素子部２２の構造は、フロントＡ／Ｆセンサ１６、リアＡ／Ｆセンサ１８に共通するものである。
　図３に示すように、センサ素子部２２は、固体電解質２４と、一対の電極２６と、拡散律速層２８と、遮蔽層３０と、ヒータ３２とを備えている。固体電解質２４は、例えばジルコニアとイットリアとの混合物を材料としてなり、略板状をなすものである。電極２６は、例えばＰｔを材料としてなり、固体電解質２４同様、略板状をなす。拡散律速層２８は、例えばアルミナ粒子を材料とする多孔質層であり、ガスを流通するものである。他方、遮蔽層３０は、例えばアルミナを材料する緻密な層であり、ガス遮蔽するものである。
　図４は、図３のＡ部の拡大図である。図３で説明したように、拡散律速層２８はアルミナ粒子を材料とする。機関停止後、排気通路１２内の温度が低下すると、リッチ成分が液化しアルミナ粒子に吸着してしまう。図３はこのリッチ成分のアルミナ粒子への吸着状態を示したものである。吸着したリッチ成分は、センサ素子部２２の温度上昇により脱離する。つまり、エンジン１０の再始動後の排気温度の上昇によりリッチ成分は脱離する。しかしながら、リッチ成分の脱離中、センサ素子部２２の周囲は脱離成分によりリッチ雰囲気となる。従って、該期間中（つまり、図２の時刻Ｔ１～時刻Ｔ２）、Ａ／Ｆセンサの出力値が実Ａ／Ｆよりもリッチ側の出力を示すことになる。
　但し、図１に示すように、未燃ガス成分の濃度は、触媒１４の上流側において高く、下流側に向かうにつれて低くなる。この理由は、未燃ガス成分が触媒１４に吸着されるためである。つまり、触媒１４よりも下流側に未燃ガス成分は殆ど存在せず、上述した乖離がリアＡ／Ｆセンサ１８で起こる可能性は小さいと言える。そこで、本実施形態においては、フロントＡ／Ｆセンサ１６およびリアＡ／Ｆセンサ１８の活性後、一定期間が経過するまでは、フロントＡ／Ｆセンサ１６の出力値を用いずに空燃比フィードバック制御を実行することとした。
　具体的に、本実施形態においては、上記一定期間が経過するまではフロントＡ／Ｆセンサ１６によるメインＦ／Ｂ値の算出を停止し、リアＡ／Ｆセンサ１８によるサブＦ／Ｂ値の算出のみを行う。つまり、この間は、リアＡ／Ｆセンサ１８の出力に基づいて算出したサブＦ／Ｂ値のみが上記燃料噴射量に反映される。但し、サブＦ／Ｂ値のみを用いた空燃比フィードバックは補正量が小さく補正が効きづらい。そのため、この間のサブＡ／Ｆフィードバック制御では、フィードバックゲイン（ＰＩＤ制御係数）が通常時よりも大きく設定される（例えば２倍）。
［実施の形態１における具体的処理］
　次に、図５を参照しながら、上述した空燃比フィードバック制御の具体的な処理について説明する。図５は、実施の形態１において、ＥＣＵ２０により実行される空燃比フィードバック制御ルーチンを示すフローチャートである。なお、図５に示すルーチンは、定期的に繰り返して実行されるものとする。
　図５に示すルーチンにおいて、先ず、ＥＣＵ２０は、前提条件の成否を判定する（ステップ１１０）。この前提条件は、(i)エンジン１０に対する始動要求があったこと、(ii)フロントＡ／Ｆセンサ１６およびリアＡ／Ｆセンサ１８が活性化したこと（センサ暖機が完了したこと）をもって成立とする。そして、この前提条件が成立していると判定された場合、ＥＣＵ２０は、リアＡ／Ｆセンサ１８の出力値を用いて上記サブＦ／Ｂ値を算出し、燃料噴射量を制御する（ステップ１２０）。つまり、リアＡ／Ｆセンサ１８の出力値を用いたサブフィードバック制御のみが実行される。前提条件が不成立であると判定された場合、ＥＣＵ２０は、ステップ１１０に戻り、前提条件の成否を再度判定する。
　ステップ１２０に続いて、ＥＣＵ２０は、設定時間が経過したか否かを判定する（ステップ１３０）。本ステップにおいて、設定時間は上述した一定期間に相当するものであり、別途ＥＣＵ２０内部に記憶しておいた適合値が用いられる。本ステップの処理は、上記前提条件の成立後、設定時間が経過するまで継続される。そして、設定時間が経過したと判定された場合、ＥＣＵ２０は、通常の空燃比フィードバック制御を実行する（ステップ１４０）。即ち、フロントＡ／Ｆセンサ１６の出力値を用いて上記メインＦ／Ｂ値を算出すると共に、リアＡ／Ｆセンサ１８の出力値を用いて上記サブＦ／Ｂ値を算出して燃料噴射量を制御する。つまり、フロントＡ／Ｆセンサ１６の出力値を用いたメインフィードバック制御と、リアＡ／Ｆセンサ１８の出力値を用いたサブフィードバック制御とが実行される。
　以上、図５に示したルーチンによれば、前提条件の成立後、設定時間が経過するまでリアＡ／Ｆセンサ１８の出力値を用いたサブフィードバック制御のみが実行される。リアＡ／Ｆセンサ１８は、フロントＡ／Ｆセンサ１６に比べてリッチ成分の付着影響が小さいので、リッチ出力ズレは殆ど無い。従って、エンジン始動直後の空燃比フィードバック制御の制御性の悪化を抑制でき、始動時におけるエミッション性能の向上を図ることが可能となる。
　ところで、上記実施の形態１においては、上記一定期間が経過するまではフロントＡ／Ｆセンサ１６によるメインＦ／Ｂ値の算出を停止したが、このメインＦ／Ｂ値の算出自体は停止しなくてもよい。即ち、リアＡ／Ｆセンサ１８の出力値をフロントＡ／Ｆセンサ１６の出力値に代用して、上記メインＦ／Ｂ値を推定してもよい。上記一定期間が経過するまでフロントＡ／Ｆセンサ１６の出力を使用しなければ、少なくとも上記実施の形態１と同様の効果が得られる。従って、上記一定期間が経過するまで、フロントＡ／Ｆセンサ１６の出力値を用いずに、リアＡ／Ｆセンサ１８の出力に基づいて空燃比フィードバック制御を実行する限りにおいて、上記実施の形態１は各種の変形が可能である。
　なお、上記実施の形態１においては、触媒１４が上記第１の発明における「触媒」に、フロントＡ／Ｆセンサ１６が上記第１の発明における「上流側空燃比センサ」に、リアＡ／Ｆセンサ１８が上記第１の発明における「下流側空燃比センサ」に、それぞれ対応している。
　また、ＥＣＵ２０が図５のステップ１３０の処理を実行することにより上記第１の発明における「使用許可条件判定手段」が、同図のステップ１２０の処理を実行することにより上記第１の発明における「始動時空燃比フィードバック制御実行手段」が、それぞれ実現されている。
実施の形態２．
　次に、図６乃至図７を参照しながら、本発明の実施の形態２について説明する。本実施形態においては、図１の装置構成において、図７に示す空燃比フィードバック制御ルーチンを実行することをその特徴とする。そのため、装置構成の説明については省略する。
［実施の形態２における空燃比フィードバック制御］
　上記実施の形態１の空燃比フィードバック制御においては、上記設定時間に適合値を用いた。しかしながら、リッチ出力ズレはリッチ成分の付着量によっても変化する。そのため、フロントＡ／Ｆセンサ１６の出力値が正常に戻るまでの時間は、再始動前の運転履歴条件に左右される可能性が高い。ところで、上述したように、リアＡ／Ｆセンサ１８はリッチ成分の付着影響が小さい。つまり、リアＡ／Ｆセンサ１８の出力値は再始動後から正常値を示している。本実施形態の空燃比フィードバック制御においては、この点に着目し、フロントＡ／Ｆセンサ１６の出力値がリアＡ／Ｆセンサ１８の出力値と同等となった時点でリッチ出力ズレの影響が無くなったと判定することとした。
　図６は、エンジン始動後の経過時間と、フロントＡ／Ｆセンサ１６およびリアＡ／Ｆセンサ１８の出力値を示したものである。図６に示すように、時刻Ｔ３以降は、フロントＡ／Ｆセンサ１６およびリアＡ／Ｆセンサ１８の出力値が同等となる。よって、時刻Ｔ３において通常の空燃比フィードバック制御への切り替えを行えば、現実に即した精度の高い空燃比フィードバック制御が可能となる。但し、両センサの個体間差を考慮する必要がある。そのため、本実施形態においては、両センサの出力値の差（出力差Ｖｉ）が所定期間（適合値）に亘って適合値ａよりも小さくなった時点で、両センサの出力値が同等と判定する。
［実施の形態２における具体的処理］
　図７を参照しながら、上述した空燃比フィードバック制御の具体的な処理について説明する。図７は、実施の形態２において、ＥＣＵ２０により実行される空燃比フィードバック制御ルーチンを示すフローチャートである。なお、図７に示すルーチンは、定期的に繰り返して実行されるものとする。
　図７に示すルーチンにおいて、先ず、ＥＣＵ２０は、前提条件の成否を判定し（ステップ１５０）、リアＡ／Ｆセンサ１８の出力値を用いて上記メインＦ／Ｂ値を算出する（ステップ１６０）。ステップ１５０，１６０の処理は、図５のステップ１１０，１２０の処理と同一である。
　ステップ１６０に続いて、ＥＣＵ２０は、フロントＡ／Ｆセンサ１６およびリアＡ／Ｆセンサ１８の出力値が同等であるか否かを判定する（ステップ１７０）。上述したとおり、ＥＣＵ２０は、出力差Ｖｉが一定期間に亘って適合値ａよりも小さくなった時点で、両センサの出力値が同等と判定する。本ステップの処理は、両センサの出力値が同等と判定されるまで継続される。そして、出力差Ｖｉが同等であると判定した場合、ＥＣＵ２０は、通常の空燃比フィードバック制御を実行する（ステップ１８０）。本ステップの処理は、図５のステップ１４０の処理と同一である。
　以上、図７に示したルーチンによれば、フロントＡ／Ｆセンサ１６およびリアＡ／Ｆセンサ１８の出力値が同等と判定されるまでリアＡ／Ｆセンサ１８の出力値を用いたサブフィードバック制御のみが実行される。従って、上記図５に示したルーチンによる効果と同等の効果を得ることができる他、現実に即した精度の高い空燃比フィードバック制御の実現が可能となる。
　１０　エンジン
　１２　排気通路
　１４　触媒
　１６　フロントＡ／Ｆセンサ
　１８　リアＡ／Ｆセンサ
　２０　ＥＣＵ
　２２　センサ素子部
　２４　固体電解質
　２６　電極
　２８　拡散律速層
　３０　遮蔽層
　３２　ヒータ

Claims (5)

  1. 　内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒と、
    　前記排気浄化触媒よりも上流側の排気通路に設けられ、空燃比に応じた信号を連続的に出力する上流側空燃比センサと、
    　前記排気浄化触媒よりも下流側の排気通路に設けられ、空燃比に応じた信号を連続的に出力する下流側空燃比センサと、
    　前記内燃機関の始動の際、前記上流側空燃比センサと前記下流側空燃比センサとが共に活性化した後に、前記上流側空燃比センサの出力について所定の使用許可条件の成否を判定する使用許可条件判定手段と、
    　前記所定の使用許可条件が成立するまで、前記下流側空燃比センサの出力を用いて空燃比フィードバック制御を実行する始動時空燃比フィードバック制御実行手段と、
    　を備えることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
  2. 　前記所定の使用許可条件の成立後は、前記上流側空燃比センサの出力を用いたメイン空燃比フィードバック制御と、前記下流側空燃比センサの出力を用いたサブ空燃比フィードバック制御とを実行することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
  3. 　前記所定の使用許可条件は、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の出力差が設定期間に亘って所定偏差よりも小さいか否かであることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
  4. 　前記所定の使用許可条件は、設定期間が経過したか否かであることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
  5. 　前記始動時空燃比フィードバック制御実行手段は、前記所定の使用許可条件が成立するまで、前記上流側空燃比センサの出力を用いた空燃比フィードバック制御の実行を禁止することを特徴とする請求項１乃至４何れか１項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
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