WO2022201984A1 - 空燃比制御装置 - Google Patents

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control
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excess air
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哲志 市橋
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Hitachi Astemo Ltd
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Definitions

  • the present invention relates to an air-fuel ratio control device provided with a titania oxygen sensor provided so as to be in contact with the exhaust gas of an internal combustion engine having exhaust pulsation.
  • Patent Document 1 it is known to perform air-fuel ratio feedback control in the internal combustion process of an internal combustion engine based on the air-fuel ratio obtained from the output information of an oxygen sensor provided so as to be in contact with the exhaust gas of the internal combustion engine (for example, Patent Document 1 reference).
  • a resistive oxygen sensor that detects oxygen based on the internal resistance of the detection unit is used as the oxygen sensor.
  • a first value indicating the oxygen content in the exhaust gas is determined based on the resistance of the sensing portion of the oxygen sensor.
  • a second value indicative of the temperature of the oxygen sensor is also determined based on the resistance of the heater portion of the oxygen sensor.
  • An air-fuel ratio as a function of the first value and the second value is then determined as a third value.
  • the function for determining the third value includes the second value that affects the first value in real time, so that even if the temperature of the oxygen sensor changes its output characteristics, , the air-fuel ratio is calculated based on the detected resistance value of the detecting portion of the oxygen sensor.
  • An object of the present invention is to provide an air-fuel ratio control device in which the operating temperature range in the feedback control of the excess air ratio is widened to improve availability.
  • the air-fuel ratio control device of the present invention is A detector provided so as to be in contact with exhaust gas of an internal combustion engine having exhaust pulsation, the resistance value of which changes in a stepwise manner at an oxygen concentration in the vicinity of the stoichiometric exhaust gas, and a heater part adjacent to the detector.
  • An air-fuel ratio control device for an internal combustion engine comprising a titania oxygen sensor having a target value setting unit that sets a control target value related to the excess air ratio based on the operating state of the internal combustion engine; a detection part temperature estimating part that obtains a control temperature, which is a temperature for controlling the detection part, based on the resistance value of the heater part; a detection value reading unit that reads the resistance value of the detection unit and obtains a control detection value that is a detection value for control of the detection unit;
  • the excess air ratio is calculated from the control detection value and the control temperature, the deviation between the excess air ratio and the control target value is obtained, and the deviation and differentiation of the deviation, or the deviation and the integration of the deviation and a PD/PID control unit that feedback-controls the excess air ratio using the differentiation of the deviation as an element; a PI control unit that feedback-controls the excess air ratio using the deviation between the excess air ratio and the control target value and the integration of the deviation as elements; a control unit selection unit that selects
  • the titania oxygen sensor In such an air-fuel ratio control device, the titania oxygen sensor generally has temperature dependence, and if the temperature of the detection part of the titania oxygen sensor is too low or too high, the detected value will be Since it is difficult to respond and the dynamic range is narrowed, the resolution of the excess air ratio based on the detection value read by the detection value reading section is extremely lowered. This makes it difficult to perform control using the derivative term of the deviation in PID or PD control, making it difficult to maintain the control followability expected of PID or PD control (including a pseudo derivative term).
  • differential control when the temperature of the detection part of the titania oxygen sensor is below a first too low temperature (e.g., 280 deg C) or above a fourth too high temperature (e.g., 870 deg C), differential control is included. It is possible not to perform feedback control by PID or PD control.
  • the control temperature is lower than the second temperature or higher than the third temperature instead of immediately stopping the feedback control including the differential control based on the temperature of the detection unit being too low or too high.
  • the controller selector selects the PI control, thereby switching to the PI control.
  • a lean-side threshold value and a rich-side threshold value for determining to which air-fuel ratio region of a rich region, a stoichiometric region, or a lean region the peak value of the wave height of the detection value of the detection unit due to the exhaust pulsation corresponds 1st and 2nd lookup tables in which each of the threshold values is associated with a first scaled value related to the temperature of the detection unit; a table storage unit that stores a fourth lookup table; a calibration unit that corrects the association in the first to fourth lookup tables based on the peak value to calibrate the first to fourth lookup tables; an alternative temperature preparation unit that obtains a temperature corresponding to the peak value based on the calibrated third or fourth lookup table and prepares the obtained temperature as an alternative temperature for the control temperature.
  • the alternative temperature preparation unit prepares a temperature to be used as an alternative to the control temperature when the resistance value cannot be read. Calculating an alternative temperature from the wave height of the detection value of the detection unit due to exhaust pulsation that has a correlation with the temperature of the detection unit, and calculating the excess air ratio using this alternative temperature as a control temperature.
  • the air-fuel ratio control by the titania oxygen sensor can be continued. This can improve availability.
  • the control detection value and the The excess air ratio is calculated from the alternative temperature, the deviation between the excess air ratio and the control target value is obtained, and the deviation between the excess air ratio and the control target value and the integral of the deviation are used as elements to determine the excess air ratio. and when the alternative temperature is higher than the first temperature and lower than the fourth temperature, execution of the feedback control via the failure PI control unit is allowed. It may also have a failure activation determination unit.
  • a failure-time PI control unit that performs limited control only by PI control, which is a control method that does not include a differential term, without performing PID control.
  • FIG. 1 is a schematic diagram schematically showing the configuration of main parts of an internal combustion engine provided with an air-fuel ratio control device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a block diagram showing the main configuration of an ECU of the internal combustion engine of FIG. 1
  • FIG. 3 is a flowchart showing excess ratio calculation processing for calculating an excess air ratio by an excess ratio calculation unit in the ECU of FIG. 2
  • FIG. 4 is a graph showing how an excess air ratio in a stoichiometric region is calculated in the process of FIG. 3.
  • FIG. 4 is a diagram showing a graph corresponding to a lookup table for obtaining a lean side threshold value LREF and a rich side threshold value RREF and a data map for calculating an excess air ratio in the process of FIG. 3;
  • FIG. 4 is a graph schematically showing how an excess air ratio ⁇ calculated by the process of FIG. 3 changes;
  • FIG. 5 is a waveform diagram showing voltage waveforms representing changes in voltage values output by a voltage calculator over time obtained while driving a vehicle equipped with an internal combustion engine.
  • 3 is a diagram showing an example of inspection by a characteristic inspection unit and calibration by a calibration unit in the ECU of FIG. 2;
  • FIG. FIG. 5 is a diagram showing another example of inspection by the characteristic inspection unit and calibration by the calibration unit;
  • FIG. 5 is a diagram showing another example of inspection by the characteristic inspection unit and calibration by the calibration unit;
  • FIG. 9 is a diagram showing still another example of inspection by the characteristic inspection unit and calibration by the calibration unit;
  • FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of a feedback coefficient calculator in the ECU of FIG. 2;
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of an alternative temperature Tsub obtained by an alternative temperature preparation unit in the ECU of FIG. 2;
  • FIG. 1 shows the configuration of the main parts of a four-cycle internal combustion engine equipped with an air-fuel ratio control system according to one embodiment of the present invention.
  • This air-fuel ratio control device has a function of performing air-fuel ratio feedback control based on a deviation between a target excess air ratio and an excess air ratio obtained based on the oxygen concentration in the exhaust gas of the internal combustion engine.
  • an engine body 1 of this internal combustion engine includes an intake pipe 2 provided at an intake port, and an air cleaner 4 provided in the intake pipe 2 and supplied from an air cleaner 4 to the intake port. and a throttle valve 3 that adjusts according to
  • the throttle valve 3 is provided with a throttle sensor 5 that detects the opening degree of the throttle valve 3 .
  • a fuel injection valve 6 for injecting fuel is provided near the intake port of the intake pipe 2 . Fuel is pressure-fed from a fuel tank (not shown) to the fuel injection valve 6 by a fuel pump.
  • the intake pipe 2 is provided with an intake pressure sensor 7 that detects the intake pressure in the intake pipe 2 and an intake air temperature sensor 8 that detects the temperature of the intake air in the intake pipe 2 .
  • An exhaust pipe 10 connected to an exhaust port of the engine body 1 is provided with a catalyst 11 for reducing unburned components in the exhaust of the exhaust pipe 10 and an oxygen sensor 12 for detecting the oxygen concentration in the exhaust.
  • a spark plug 13 connected to an ignition device 14 is fixed to the engine body 1 .
  • an ECU (electronic control unit) 15 issues an ignition timing command to an ignition device 14 , spark discharge occurs in a cylinder combustion chamber of the engine body 1 .
  • the ECU 15 receives analog voltages indicating detection values of the throttle sensor 5, the intake pressure sensor 7, the intake air temperature sensor 8, the oxygen sensor 12, the cooling water temperature sensor 17, and the atmospheric pressure sensor 20 for detecting the atmospheric pressure. .
  • the fuel injection valve 6 is also connected to the ECU 15 .
  • a signal indicating the rotation angle position of the crankshaft 18 from the crank angle sensor 19 is also input to the ECU 15 . That is, the crank angle sensor 19 has a plurality of projections arranged at intervals of a predetermined angle (for example, 15 degrees) on the outer circumference of the rotor 19a that rotates in conjunction with the crankshaft 18, near the outer circumference of the rotor 19a. It is magnetically or optically detected by the pickup 19b, and a pulse (crank signal) is generated from the pickup 19b each time the crankshaft 18 rotates by a predetermined angle.
  • a predetermined angle for example, 15 degrees
  • FIG. 2 shows the main configuration of the ECU 15.
  • an oxygen sensor 12 that supplies a detection signal of the oxygen concentration in the exhaust gas to the ECU 15 is a detection unit that detects the oxygen concentration in the exhaust gas and is provided so as to come into contact with the exhaust gas of an internal combustion engine having exhaust pulsation. and a sensor heater 12b as a heater unit adjacent to the sensor element 12a and heating the sensor element 12a.
  • the sensor element 12a has a resistance value that changes substantially stepwise when the oxygen concentration of the exhaust gas from the internal combustion engine is in the vicinity of the stoichiometric. It presents a pulse waveform with a crest value corresponding to .
  • a titania oxygen sensor which is a resistive oxygen sensor whose resistance value changes according to the oxygen concentration, is used.
  • the ECU 15 includes a heater controller 22 that controls the sensor heater 12b, a temperature calculator 23 as a detector temperature estimator that calculates a temperature value T indicating the temperature of the sensor element 12a, and an output signal from the sensor element 12a to the exhaust gas. and a voltage calculator 24 for converting into a voltage value VHG as a detected value indicating the oxygen concentration inside.
  • the control of the temperature of the sensor heater 12b by the heater controller 22 is performed by pulse width modulation (PWM) control by the ECU 15 of the amount of current I supplied to the sensor heater 12b from a power source (storage battery) (not shown). Further, the calculation of the temperature value T by the temperature calculation unit 23 is performed by, for example, obtaining the resistance value of the sensor heater 12b by reading each value of the heater voltage and the energized current amount I applied to the sensor heater 12b by the ECU 15, and calculating the resistance value of the sensor heater 12b. is converted by table data or a calculation formula prepared in advance in the ECU 15 showing the correspondence between the heater resistance value and the temperature value T. The calculation results of the temperature calculation unit 23 and the voltage calculation unit 24 are supplied to the substitute value calculation unit 26 of the excess ratio calculation unit 25, which will be described later.
  • PWM pulse width modulation
  • the ECU 15 also includes a rotation speed calculation unit 27 that calculates the rotation speed NE and the angular speed NETC of the internal combustion engine based on the detection result of the crank angle sensor 19, a temperature value T from the temperature calculation unit 23, and a temperature value T from the voltage calculation unit 24. and an excess air ratio calculation unit 25 for calculating an excess air ratio ⁇ based on the voltage value VHG and the angular velocity NETC from the rotation speed calculation unit 27 .
  • the ECU 15 includes a target value calculating section 28 as a target value setting section for calculating an excess air ratio ⁇ cmd as a control target value based on an estimated value of the amount of oxygen stored in the catalyst 11 and the operating state of the internal combustion engine, and a rotational speed
  • the basic injection amount calculation unit 29 calculates the basic injection amount BJ based on the rotation speed NE from the calculation unit 27 and the pressure PM in the intake pipe 2 from the intake pressure sensor 7, and the excess ratio calculation unit 25.
  • An injection amount calculation unit 31 that calculates an injection amount Ti based on the basic injection amount BJ and operates the fuel injection valve 6 is provided.
  • the calculation is performed based on the deviation P between the excess air ratio ⁇ and the target excess air ratio ⁇ cmd and the differential D of the deviation, or the deviation P, the integral I of the deviation, and the differential D of the deviation.
  • PD/PID control, or PI control executed based on the deviation P between the excess air ratio ⁇ and the target excess air ratio ⁇ cmd and the integral I of the deviation is selectively performed and fed back as described later.
  • a coefficient k is calculated. Based on the injection amount Ti calculated by the injection amount calculator 31 based on the feedback coefficient k and the basic injection amount BJ, the fuel injection valve 6 is opened for a period of time corresponding to this. Thus, an amount of fuel is injected into the cylinder combustion chamber of the engine body 1 according to the feedback coefficient k based on the comparison between the excess air ratio ⁇ and the target excess air ratio ⁇ cmd.
  • the excess ratio calculation unit 25 linearizes the voltage value VHG with respect to the excess air ratio while compensating for the temperature characteristics.
  • the excess air ratio ⁇ of the exhaust gas is calculated using the data LD. However, as will be described later, this calculation is applied when the voltage value VHG is equal to or less than the lean side threshold value LREF, and when the voltage value VHG is greater than the lean side threshold value LREF, the excess air ratio ⁇ is obtained by another method.
  • the excess ratio calculation unit 25 includes a torque calculation unit 32 that calculates a torque value TQ of the internal combustion engine based on the crank angular speed NETC of the internal combustion engine, and a limit threshold setting unit 33 that sets a conversion limit threshold for the linearization conversion described above. , a storage unit 34 for storing data necessary to calculate an alternative value R of the excess air ratio ⁇ , a data map and a lookup table to be described later, and an alternative value calculation unit 26 for calculating the alternative value R.
  • the limit threshold setting unit 33 sets a lean side threshold LREF as a lean side conversion limit threshold and a rich side threshold RREF as a rich side conversion limit threshold for the voltage value VHG from the voltage calculation unit 24. set.
  • a lean side threshold LREF as a lean side conversion limit threshold
  • a rich side threshold RREF as a rich side conversion limit threshold for the voltage value VHG from the voltage calculation unit 24. set.
  • FIG. 5 shows a first scale value G1 in the horizontal direction in FIG.
  • a data map having a second scale value G2 in the vertical direction and having a plurality of numerical values of the data LD associated with the voltage value VHG and the temperature value T as coordinates is set.
  • each example of the lookup table corresponding to the graphs 35 and 36 for obtaining the lean side threshold value LREF and the rich side threshold value RREF is superimposed on the data map.
  • the data map associates a plurality of excess air ratio values with a plurality of first scaled values G1 for the temperature value T and a plurality of second scaled values G2 for the voltage value VHG (detected value).
  • the lookup table shows the correspondence between the rich side threshold value RREF and the lean side threshold value LREF for determining which air-fuel ratio region the voltage value VHG corresponds to: the rich region, the stoichiometric region, or the lean region, with the first scale value G1. They are shown in relation to each other.
  • Graph 35 shows points on the above data map with coordinates of voltage value VHG and temperature value T, for example, where the excess air ratio ⁇ as the boundary between the lean region and the stoichiometric region is 1.02. It is a graph obtained by obtaining a plurality of points and connecting these points by linear interpolation. Further, the graph 36 shows, for example, the excess air ratio ⁇ as the boundary between the stoichiometric region and the rich region is 0.98, and the voltage value VHG and the temperature value T corresponding to this value are set as coordinates on the above data map. It is a graph obtained by obtaining points and connecting each of these points by linear interpolation.
  • the limit threshold value setting unit 33 sets the voltage value v0 derived from the coordinate t0 as the lean region and the stoichiometric value. It can be set as a lean-side threshold value LREF for the boundary with the area.
  • the voltage value v1 derived from the coordinate t0 is applied to the boundary between the stoichiometric region and the rich region. It can be set as the rich side threshold value RREF.
  • the storage unit 34 stores, as data necessary for calculating the substitute value R, an execution time Ti1 of fuel injection by the fuel injection valve 6, a torque value TQ1 stores excess air ratio ⁇ b with respect to conversion limit threshold LREF.
  • the excess ratio calculation unit 25 substitutes the substitute value R for the exhaust air ratio instead of the excess air ratio ⁇ as the linearized data LD.
  • FIG. 3 shows excess ratio (lambda) calculation processing for calculating the excess air ratio ⁇ in the excess ratio calculation unit 25 .
  • the control by the ECU 15 including this excess ratio calculation process is executed in synchronization with the stroke of the internal combustion engine based on the pulse signal indicating the rotation angle position of the crankshaft 18 from the crank angle sensor 19 .
  • step S1 the torque calculation unit 32 calculates the torque TQ (DCBCP) of the internal combustion engine based on the crank angular speed NETC from the rotational speed calculation unit 27.
  • step S2 when the disconnection state of the sensor heater 12b is not detected when reading the sensor heater resistance, in step S2, based on the temperature value T (HGTEMP) from the temperature calculation unit 23, the limit threshold value setting unit 33 Using the first and second lookup tables (VHGLREF_N, VHGRREF_N) corresponding to the graphs 35 and 36 of FIG. 5, the lean side threshold LREF and the rich side threshold RREF are set respectively.
  • step S3 the voltage value VHG is obtained from the voltage calculation unit 24, the voltage value VHG is corrected by the deviation VD obtained by the voltage difference confirmation unit 43 described later, and the control voltage value (detection value) is obtained.
  • the control voltage value (detection value) is obtained.
  • step S4 the above data map (FIG. 5) is scanned based on the temperature value T acquired in step S2 and the voltage value VHGcon acquired in step S3, and thus the value of the voltage value VHGcon is compared with its temperature characteristics.
  • Data LD linearized and converted to the excess air ratio ⁇ with compensation is obtained.
  • step S5 it is determined whether or not the voltage value VHGcon obtained in step S3 is smaller than the rich side threshold value RREF set in step S2. If it is determined to be smaller, the process proceeds to step S16 while setting the flag F_DETECT to zero in the following step S6, sets the value of the data LD as the excess air ratio ⁇ value LAMBDA, and ends the excess ratio calculation process of FIG. do.
  • step S7 the voltage value VHGcon acquired in step S3 is larger than the lean side threshold value LREF set in step S2. Determine whether or not
  • the excess air ratio ⁇ as the linearized converted data LD in step S8 is obtained by presetting the excess air ratio ⁇ as the boundary between the predetermined stoichiometric region and the lean region.
  • a variable #LLMD for example, 1.02
  • a variable #RLMD for example, 0.98 that can preset the excess air ratio ⁇ as the boundary between the predetermined rich region and the stoichiometric region. If there is, it can be represented by a graph as shown in FIG. In FIG. 4, the horizontal axis in the horizontal direction of the graph is the voltage value VHG, and the vertical axis in the vertical direction in FIG. 4 is the excess air ratio ⁇ .
  • ⁇ 1 (((vhg1-rref) ⁇ (lref-rref)) ⁇ (#LLMD-#RLMD))+#RLMD (2)
  • step S9 the execution time Ti of the last fuel injection by the fuel injection valve 6, the torque TQ calculated in step S1 are set to Ti1 and TQ1, respectively, and the excess air ratio ⁇ related to the lean side threshold value LREF is stored in the storage unit 34 as ⁇ b. .
  • the countdown timer value TIMER indicating the valid time of the memory is reset to its predetermined initial value #TMINT.
  • the flag F_DETECT is set to 1 and the process proceeds to step S16, where the value of the data LD obtained in step S8 is set as the air ratio excess ratio ⁇ value LAMBDA, and the excess ratio calculation process of FIG. 3 ends.
  • the value of the data LD obtained in step S8 is stored as ⁇ b.
  • the exponential moving average ⁇ a of the excess air ratio ⁇ (data LD) obtained by the following equation (3) is stored as ⁇ b.
  • ⁇ a LD ⁇ k1+ ⁇ ab ⁇ (1 ⁇ k1) (3)
  • k1 is the moving average coefficient
  • ⁇ ab is the moving average value in the previous control cycle stored in the storage unit 34.
  • 0.34 is used as the moving average coefficient k1.
  • the storage unit 34 preferably stores moving average values as the fuel injection execution time Ti1 and the torque value TQ1.
  • the exponential moving average TiFLT of the fuel injection execution time Ti is obtained by the following equation (4) and stored as Ti1
  • TQFLT TQ ⁇ k3+TQFLTb ⁇ (1 ⁇ k3) (5)
  • k2 and k3 are moving average coefficients
  • TiFLTb and TQFLTb are moving average values stored in the storage unit 34 in the previous control cycle.
  • different values can be used for moving average coefficients k1, k2, and k3.
  • step S10 when it is determined in step S7 that the voltage value VHGcon acquired in step S3 is larger than the lean side threshold value LREF, in step S10, it is determined whether or not the countdown timer value TIMER has reached zero. judge. Then, if TIMER has reached zero, the flag F_DETECT is reset to 0 (step S11).
  • the substitute value R is calculated by the above equation (1), and the value of the data LD is set as the substitute value R.
  • step S14 it is determined whether or not the value of data LD set in step S13 is greater than a predetermined upper limit #LLMT. If the value of the data LD set in step S13 is greater than the upper limit #LLMT, the value of the data LD is set to the upper limit #LLMT (step S15). In this case, 1.25, for example, can be used as the upper limit #LLMT.
  • step S13 or step S15 the value of the data LD set in step S13 or step S15 is set as the excess air ratio ⁇ value LAMBDA (step S16), thereby ending the excess ratio calculation process of FIG.
  • the ECU 15 converts the excess air ratio ⁇ value LAMBDA calculated in the excess ratio calculation process of FIG.
  • the amount of fuel injected by the fuel injection valve 6 is controlled via the feedback coefficient calculator 30 so as to match the rate ⁇ cmd.
  • FIG. 6 is a graph schematically showing how the excess air ratio ⁇ value LAMBDA calculated by the excess ratio calculation process of FIG. 3 changes.
  • the horizontal axis of the graph is numerical values indicating the passage of time, and the vertical axis is the excess air ratio ⁇ .
  • Graph 37 in FIG. 6 gradually increases the actual exhaust air excess ratio ⁇ at a constant change rate in the range from the left end side to the vicinity of the center of the horizontal axis in the left-right direction in FIG. In the range from near the center of the horizontal axis to the right end, when the actual excess air ratio ⁇ of the exhaust gas is gradually decreased at a constant rate of change, the voltage value VHG read by the voltage calculation unit 24 of the ECU 15 is calculated. 3 shows the numerical change in the excess air factor ⁇ value when the excess air factor ⁇ value is calculated using the data obtained by directly linearizing the excess air factor ⁇ while compensating for the temperature characteristic.
  • the graph 38 shows that the voltage value VHG from the voltage calculation unit 24 is lean when the actual exhaust air excess ratio ⁇ is gradually increased or decreased at a constant change rate from the left end to the right end of the horizontal axis.
  • the excess air ratio ⁇ value is calculated using the data obtained by directly linearizing the voltage value VHG using the data map (FIG. 5) or formula (2) described above.
  • the voltage value VHG from the voltage calculation unit 24 exceeds the voltage value lref (corresponding to the excess air ratio ⁇ of 1.020) of the lean threshold value LREF, the voltage value VHG is linearized.
  • the alternative value R obtained by the above formula (1) instead of the converted data is used as the value of the excess air ratio ⁇ , the change in the value of the excess air ratio ⁇ is shown.
  • the excess air ratio ⁇ is calculated using the above linearized converted data, and the voltage value VHG exceeds the lean side threshold value LREF.
  • the excess air ratio calculation unit 25 interlocks with the actual excess air ratio ⁇ of the exhaust over the entire range of the graph in FIG. It can be seen that the proportionally changing excess air ratio ⁇ value can be supplied to the feedback coefficient calculator 30 . As a result, interruption of the calculation of the feedback coefficient k by the feedback coefficient calculator 30 is suppressed.
  • the excess ratio calculation unit 25 includes a characteristic inspection unit 40 that inspects the characteristics of the voltage value VHG (detected value) that changes according to the variation in the resistance value, and the data map and lookup unit 40 based on the inspection result. and a calibrating unit 41 for calibrating the up-table.
  • the characteristic inspection unit 40 includes a temperature difference confirmation unit 42 that confirms the deviation amount TD of the temperature T from the reference value and sets the temperature Tcon for control, and an average value VHGSTD of the voltage value VHG of the sensor element 12a within a predetermined time. and a voltage difference confirmation unit 43 that confirms the deviation VD between the lean side threshold value LREF and sets the control voltage value (detected value) VHGcon, and the set control temperature Tcon and the control voltage value ( The output characteristic of the oxygen sensor 12 connected to the ECU 15 is checked according to the detected value (VHGcon).
  • the temperature Tcon for control is set to be the same as the engine temperature and intake air temperature at room temperature and before starting.
  • the temperature difference confirming unit 42 substantially translates the lookup table corresponding to the data map and the graphs 35 and 36 in the horizontal direction (direction of the first scale value G1) in FIG. .
  • the wave height of the voltage value VHG becomes almost zero (a state in which the voltage value VHG does not move) and the standard resistance value has the same value as the graphs 35 and 36 (the voltage value VHGref and the graphs 35 and 36 overlap). That is, when the temperature Tcon for control is equal to or lower than the predetermined value, the standard voltage value VHGref becomes equal to the graph 35 (lean side threshold value LREF).
  • the value can be obtained by scanning the lookup table corresponding to graph 35 at the sufficiently low temperature Tcon.
  • the average value VHGSTD can be obtained, for example, from the arithmetic average value of the voltage values VHG read many times in a period of 5 seconds, thereby reducing the influence of quantization errors in reading the voltage values VHG. , the deviation VD can be obtained, and the voltage value VHGcon for control can be set with high accuracy.
  • control voltage value (detected value) VHGcon is corrected to be the same as the graph 35 (lean side threshold value LREF) when the control temperature Tcon is equal to or lower than the predetermined value.
  • the voltage difference confirming unit 43 substantially translates the data map in the vertical direction (direction of the second scale value G2) in FIG.
  • the characteristic inspection unit 40 sets the target excess air ratio ⁇ cmd to the vicinity of the stoichiometric value through the target value calculation unit 28, and obtains the peak value of the voltage value VHGcon. , to check whether this peak value corresponds to any of the air-fuel ratio regions.
  • the first and second lookup tables corresponding to the data map and graphs 35 and 36 are calibrated based on the result of the inspection.
  • FIG. 7 shows the voltage obtained while driving the vehicle equipped with the oxygen sensor 12 having a standard resistance value in the internal combustion engine with the target excess air ratio ⁇ cmd set to the vicinity of the stoichiometric by the characteristic inspection unit 40.
  • a voltage waveform 44 representing a change over time is shown for the value (detected value) VHGref.
  • FIG. 7 also shows an air-fuel ratio waveform 45 representing the waveform of the output signal of a wideband air-fuel ratio sensor provided temporarily for verification purposes.
  • the exhaust gas in the exhaust pipe and the oxygen concentration contained in the exhaust gas are pulsating, so as shown in FIG.
  • the voltage waveform 44 of the voltage value (detected value) VHGref and the air-fuel ratio waveform 45 of the air-fuel ratio sensor provided side by side are observed as waveforms having wave heights that oscillate with the passage of time.
  • the resistance value of the sensor element 12a originally changes steeply in a stepwise manner at the oxygen concentration near the stoichiometric.
  • the wave height M of the voltage waveform 44 (peak value of the detected value) is observed as a waveform that oscillates much more than the wave height of the air-fuel ratio waveform 45 in the same period P.
  • the first and second lookup tables corresponding to the graph 35 (lean side threshold LREF) and the graph 36 (rich side threshold RREF) are arranged along the wave height transition of the voltage waveform 44 that oscillates greatly. are set respectively.
  • the rich peak near the lower rich threshold RREF in FIG. Many of 46 are located approximately on the rich side threshold RREF, while many of the lean peaks 47 near the upper lean side threshold LREF in FIG. 7 are located approximately on the lean side threshold LREF.
  • the voltage value of the oxygen sensor 12 actually connected to the ECU 15 is set while performing feedback control of the air-fuel ratio so as to reproduce the state of the illustrated period P by setting the target excess air ratio ⁇ cmd near the stoichiometric.
  • Detected value The wave height M expressed by VHGcon is measured by the ECU 15, and the peak of the wave height M is checked to see if it matches the lean side threshold value LREF and the rich side threshold value RREF. It is possible to grasp and acquire how much the characteristic deviation of the voltage value VHGcon from the characteristic of the voltage value VHGref at a constant resistance value is.
  • the characteristic inspection unit 40 sets the target excess air ratio ⁇ cmd to the vicinity of the stoichiometric and performs the air-fuel ratio feedback control while checking the wave height of the voltage value (detection value) VHGcon of the oxygen sensor 12 connected to the ECU 15. It is configured to obtain a peak value of M and check whether the peak value of the wave height M falls within a rich region, a stoichiometric region, or a lean region. Further, based on this inspection result, the calibration unit 41 performs affine transformation so that the peak value of the wave height M conforms to the rich side threshold value RREF and the lean side threshold value LREF, and the data map and the first and A second lookup table can be calibrated.
  • the calibrating unit 41 expands or contracts the plurality of first scale values G1 and the plurality of second scale values G2 in a manner of so-called affine transformation so that the data map and the first and second lookup tables A first calibration magnification value C1 and a second calibration magnification value C2 for calibrating the .
  • the calibration unit 41 calculates the lean side peak value 47v of the control voltage value VHGcon that changes over time and the graph 35 (lean side threshold value LREF).
  • the first calibration magnification value C1 is increased and the data map and the first lookup table are When the lean side peak value 47v is in the stoichiometric region, the data map and the first lookup table are expanded leftward in FIG. 8B by decreasing the first calibration magnification value C1. shrink towards
  • the calibrating unit 41 multiplies the data map and the first scale value G1 of the first lookup table by the increased or decreased first calibrated magnification value C1, so as to convert the data map and the first lookup in the manner of so-called affine transformation. Calibrate by substantially expanding or contracting the uptable. Note that 0 Kelvin (minus 273.15 degC; absolute zero) can be adopted as the origin of scaling of the first scale value G1.
  • Tkcal (degrees Celsius)
  • the calibration unit 41 compares the rich-side peak value 46v of the control voltage value VHGcon that changes over time with the second lookup table corresponding to the graph 36 (rich-side threshold value RREF), Then, for example, when the rich side peak value 46v is in the rich region, the second calibration magnification value C2 is increased to expand the data map and the second lookup table downward in FIG. If the peak value 46v is in the stoichiometric region, then the second calibrated scale factor value C2 is decreased to shrink the data map and second lookup table upward in FIG. 8C.
  • the calibration unit 41 multiplies the second scale value G2 of the data map and the second lookup table by the increased or decreased second calibration magnification value C2, so that the data map and the second lookup table are converted in the manner of so-called affine transformation. Calibrate by substantially expanding or contracting the uptable.
  • the value of the graph 35 (lean-side threshold value LREF) when the above-described control temperature Tcon is equal to or lower than a predetermined value can be adopted as the scaling origin of the second scale value G2.
  • the first calibrated magnification value C1 and the second calibrated magnification value C2 when the first calibrated magnification value C1 and the second calibrated magnification value C2 are increased or decreased, the first calibrated magnification value C1 or the first calibrated magnification value C1 or The calibration unit 41 can be configured to include a transition process of gradually increasing or decreasing the second calibration magnification value C2 to gradually transition to the calibration completed state.
  • the on-board diagnosis in the ECU 15 determines that the signal line between the sensor heater 12b of the titania oxygen sensor 12 and the temperature calculation unit 23 is broken or short-circuited, the first calibration magnification The transition process (increase or decrease) for value C1 is discontinued and the first calibrated scale factor value C1 is reset to a default value (eg, a value such as #1.0).
  • the temperature of the sensor element 12a is too low or too high compared to other cases.
  • the resistance value of 12a is difficult to respond to the air-fuel ratio, resulting in a narrow dynamic range.
  • the temperature of the sensor element 12a is too low (e.g., 280 deg C or lower) or too high (e.g., 870 deg C or higher), as can be seen from FIG.
  • the resolution of the excess rate ⁇ is extremely degraded.
  • control temperature Tcon is lower than the second temperature or the third temperature instead of immediately stopping the feedback control including the differential control based on the temperature of the sensor element 12a being too low or too high.
  • the feedback coefficient calculation unit 30 calculates the deviation P between the excess air ratio ⁇ obtained according to the control temperature Tcon and the target excess air ratio ⁇ cmd, the derivative D of the deviation P, Alternatively, a PD/PID control unit 49 that obtains a feedback coefficient k based on the deviation P, the integral I of the deviation, and the differential D of the deviation, and the excess air ratio ⁇ and the target excess air ratio that are obtained according to the control temperature Tcon.
  • Which of the PI control unit 50 or the PD/PID control unit 49 is used to calculate the feedback coefficient k or the PI control unit 50 that obtains the feedback coefficient k based on the deviation P from ⁇ cmd and the integration I of the deviation P and a plurality of temperature setting values related to the control temperature Tcon are read from the storage unit 34, and based on the plurality of temperature setting values and the first calibrated magnification value C1, the 1, 2nd, 3rd and 4th temperatures t1, t2, t3 and t4, respectively, and a temperature threshold value setting unit 52, and according to the control temperature Tcon, the PI control unit 50 or the PD/PID control unit 49 a deviation P between the excess air ratio ⁇ and the target excess air ratio ⁇ cmd obtained according to the alternative temperature Tsub, which will be described later, and the integral I of the deviation and a failure PI control unit 59 that obtains a feedback coefficient k based on the above.
  • the activity determination unit 53 allows execution of feedback control via the PI control unit 50 or the PD/PID control unit 49 when the control temperature Tcon is higher than the first temperature t1 and lower than the fourth temperature t4. do.
  • control unit selection unit 51 selects the PD/PID control unit 49 is selected, and the PI controller 50 is selected when the control temperature Tcon is lower than the second temperature t2 or higher than the third temperature t3.
  • the feedback coefficient calculation unit 30 calculates the deviation P between the excess air ratio ⁇ and the target excess air ratio ⁇ cmd and the deviation P
  • a feedback coefficient k is calculated based on the differentiation, or the deviation P, the integration of the deviation P, and the differentiation of the deviation P, and when the PI control unit 50 is selected, the deviation P and the integration of the deviation P Based on this, the feedback coefficient k is calculated. Accordingly, appropriate feedback control is performed depending on whether the control temperature Tcon is too low or too high.
  • the oxygen sensor 12 when the oxygen sensor 12 is used for a long period of time, if the signal line from the sensor heater 12b is broken due to some external factor, the resistance value of the sensor heater 12b cannot be read accurately. It becomes impossible to accurately calculate the temperature value T of the sensor element 12a. In this case, if no countermeasures are taken, the air-fuel ratio control by the oxygen sensor 12, which is highly temperature dependent, cannot be continued.
  • an alternative temperature preparation unit 54 is used that prepares an alternative temperature Tsub to be used as an alternative to the control temperature Tcon when the resistance value of the sensor heater 12b cannot be read.
  • the alternative temperature preparation unit 54 uses a plurality of voltage values corresponding to the lean-side peak value 47v of the wave height of the voltage value VHG of the sensor element 12a due to exhaust pulsation and a plurality of temperature values corresponding thereto as coordinates.
  • a third lookup table 55 and a fourth lookup table 56 having coordinates of a plurality of voltage values corresponding to the peak value 46v on the rich side of the wave height of the voltage value VHGcon and a plurality of temperature values corresponding thereto.
  • These third and fourth lookup tables 55 and 56 are stored in the storage section 34.
  • the third lookup table 55 is set to have a so-called inverse function relationship with the lookup table corresponding to the graph 35 (lean side threshold value LREF). That is, in this embodiment, the third lookup table 55 sets, for example, the excess air ratio ⁇ as the boundary between the lean region and the stoichiometric region to 1.02, and sets the voltage value VHG and the temperature value T to achieve this value. A plurality of points on the data map as coordinates are obtained, and the plurality of points are represented by a graph connecting these points by linear interpolation. is shown with a corresponding relationship with the second scale value G2.
  • the fourth lookup table 56 sets, for example, the excess air ratio ⁇ as the boundary between the stoichiometric region and the rich region to 0.98, and the voltage value VHG and the temperature value that satisfy this value.
  • a plurality of points on the data map with T as a coordinate are obtained, and these points are represented by a graph connecting these points by linear interpolation. are shown with corresponding relationships with a plurality of second scale values G2.
  • the third lookup table 55 finds that the corresponding alternative temperature value Tsub is 650 degC. That is, the alternative temperature preparation unit 54 can obtain the alternative temperature Tsub using the third lookup table based on the lean side peak value 47v and prepare it as an alternative temperature for the control temperature Tcon.
  • the fourth lookup table 56 It can be seen that the alternative temperature value Tsub is 400 degC. That is, the substitute temperature preparation unit 54 can obtain the substitute temperature Tsub using the fourth lookup table and prepare it as the substitute temperature for the control temperature Tcon. Thus, even if the signal line from the sensor heater 12b is disconnected due to some external factor, the alternative temperature Tsub is obtained as an alternative temperature for the control temperature Tcon, and the air-fuel ratio is maintained by the highly temperature-dependent oxygen sensor 12. Control can be continued.
  • PD/PID control is not performed, and limited control is performed only by PI control, which is a control method that does not include a differential term.
  • the alternative temperature preparation unit 54 obtains the alternative temperature Tsub from the lean side peak value 47v or the rich side threshold value 46v as described above.
  • step S2B the limit threshold setting unit 33 is executed (step S2B). Based on the alternative temperature value Tsub, the limit threshold value setting unit 33 sets the lean side threshold value LREF and the rich side threshold value RREF using first and second lookup tables corresponding to the graphs 35 and 36 of FIG.
  • step S3B the voltage value VHG obtained from the voltage calculator 24 is corrected by the deviation VD obtained by the voltage difference checker 43 to set a voltage value (detected value) VHGcon for control.
  • step S4B the above data map (FIG. 5) is scanned based on the alternative temperature Tsub and the voltage value VHGcon obtained in step S3B, and data LD is obtained.
  • step S6 the flag F_DETECT is set to zero, and the process proceeds to step S16, where the value of the data LD is set as the excess air ratio ⁇ value LAMBDA.
  • the excess ratio calculation process of FIG. 3 at the time of failure such as disconnection of the sensor heater 12b is ended.
  • the activity determination unit 53 and the control unit selection unit 51 determine that the signal line between the sensor heater 12b of the titania type oxygen sensor 12 and the temperature calculation unit 23 is disconnected or short-circuited by on-board diagnosis in the ECU 15. and the substitute temperature Tsub is higher than the first temperature t1 and lower than the fourth temperature t4, the fault that only allows the execution of feedback control via the fault PI control unit 59 It has a time activity determination unit.
  • the activity determination unit 53 and the control unit selection unit 51 permit PD/PID control when it is diagnosed that the signal line between the sensor heater 12b and the temperature calculation unit 23 is disconnected or short-circuited. configured not to.
  • the failure time PI control unit 59 calculates the feedback coefficient k based on the deviation of the excess air ratio, the target excess air ratio, and the height and the integral of the deviation, which are obtained according to the alternative temperature Tsub. Thereby, feedback control of the excess air ratio ⁇ can be performed by PI control. Therefore, even when it is diagnosed that the signal line between the sensor heater 12b and the temperature calculator 23 is disconnected or short-circuited, appropriate feedback control is continued.
  • the temperature of the sensor element 12a of the oxygen sensor 12 is equal to or lower than the too low first temperature t1 or is equal to or higher than the too high fourth temperature t4, feedback control is not performed.
  • PI control is performed when the control temperature is lower than the second temperature t2 or higher than the third temperature t3, and the temperature of the sensor element 12a of the oxygen sensor 12 is higher than the second temperature t2 and higher than the third temperature t3. Since the PD/PID control section 49 is operated when the temperature is low, the operating temperature range of the feedback control can be substantially widened, the availability can be improved, and the exhaust purification performance can be enhanced.
  • the temperature corresponding to the peak value of the voltage value VHG from the voltage calculator 24 is obtained, and the obtained temperature is used in the excess ratio calculator 25 for control. Since the substitute temperature Tsub of the temperature Tcon is prepared, even if the temperature calculation unit 23 cannot correctly calculate the temperature of the sensor heater 12b due to disconnection of the signal line from the sensor heater 12b of the oxygen sensor 12, the prepared substitute temperature Tsub can be used. can be used to continue feedback control of the excess air ratio ⁇ .
  • the PD/PID control is not performed, and the control not including the differential term is performed. Since the failure PI control unit 59 is provided to perform limited control only by PI control, which is the normal method, the feedback control of the excess air ratio can be performed even when the heater unit fails.
  • the data map and the plurality of first scale values G1 of the first and second lookup tables, and the first, second, third and fourth temperatures t1, t2, t3 and t4 are each multiplied by the first calibration magnification value C1 (equation (6a), equation (6b)), but the present invention is not limited to this.
  • the data map and lookup table can be substantially enlarged or reduced.
  • the values before calibration of the plurality of first scale values G1 or the plurality of first to fourth temperature set values are Tk (degrees Celsius)
  • the first scale value for control after calibration or the first and second after calibration are Tkcal
  • the third and fourth temperatures t1, t2, t3, and t4 are Tkcal
  • the temperature value T from the temperature calculation unit 23 or the substitute temperature Tsub from the substitute temperature preparation unit 54 is Temp
  • Tkcal the control temperature
  • Tcon temperature in degrees Celsius
  • the peak value of the actually measured voltage value (detection value) VHGcon is adjusted to match the rich side and lean side thresholds (the peak of the wave height overlaps the threshold). By calibrating, an accurate excess air ratio can be calculated, and appropriate air-fuel ratio feedback control can be performed.
  • the reference value Tref for setting the temperature Tcon may be calculated from only one.

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Abstract

空気過剰率のフィードバック制御における作動温度範囲を広げて可用性を向上させた空燃比制御装置を提供する。　空燃比制御装置は、センサ素子（１２ａ）の温度Ｔが、第１温度ｔ１よりも高く第４温度ｔ４よりも低いときに、ＰＩ制御部（５０）又はＰＤ・ＰＩＤ制御部（４９）を介したフィードバック制御の実行を許容する活性判断部（５３）を備える。活性判断部（５３）が前記フィードバック制御の実行を許容する場合、制御部選択部（５１）は、温度Ｔが、第２温度ｔ２よりも高くかつ第３温度ｔ３よりも低いときには、フィードバック制御としてＰＤ・ＰＩＤ制御を選択し、温度Ｔが第２温度ｔ２よりも低いか又は第３温度ｔ３よりも高いときにはＰＩ制御部を選択する。

Description

空燃比制御装置
　本発明は、排気脈動を有する内燃機関の排気に接するように設けられるチタニア酸素センサを備える空燃比制御装置に関する。
　従来、内燃機関の排気に接するように設けられた酸素センサの出力情報により得られる空燃比に基づき、内燃機関の内燃プロセスにおける空燃比フィードバック制御を行うことが知られている（例えば、特許文献１参照）。
　特許文献１の技術では、酸素センサとして、検出部の内部抵抗に基づいて酸素を検出する抵抗型酸素センサが用いられる。この酸素センサでは、排気ガス中の酸素含有量を示す第１の値が、酸素センサの検出部の抵抗に基づいて決定される。また、酸素センサの温度を示す第２の値が、酸素センサのヒータ部分の抵抗に基づいて決定される。そして、第１の値及び第２の値の関数としての空燃比が、第３の値として決定される。
　この技術によれば、第３の値を決定するための関数に、第１の値にリアルタイムで影響を及ぼす第２の値が含まれるので、酸素センサの温度によりその出力特性が変化しても、検出された酸素センサの検出部の抵抗値に基づいて空燃比が算出される。
米国特許第８９５９９８７号公報
　ところで、抵抗型酸素センサの一態様であるチタニア酸素センサを採用した場合、チタニア酸素センサの検出部の温度が低すぎるか又は高すぎる場合には、そうでない場合と比較して、検出部の抵抗値が空燃比に対して応動し難く、ダイナミックレンジが狭くなる。その帰結として、検出部の温度が低すぎるか又は高すぎる場合には、酸素センサの検出値に基づく空気過剰率の分解能が極端に低下し、空燃比フィードバック制御の精度が大きく低下するおそれがある。
　本発明の目的は、かかる問題点に鑑み、空気過剰率のフィードバック制御における作動温度範囲を広げて可用性を向上させた空燃比制御装置を提供することにある。
　本発明の空燃比制御装置は、
　排気脈動を有する内燃機関の排気に接するように設けられ、前記排気のストイキメトリック近傍の酸素濃度において検出部の抵抗値がステップ状に変化する検出部と、該検出部に隣接するヒータ部とを有するチタニア酸素センサを備える内燃機関の空燃比制御装置であって、
　前記内燃機関の作動状態に基づき空気過剰率に係る制御目標値を設定する目標値設定部と、
　前記ヒータ部の抵抗値に基づいて前記検出部の制御用の温度である制御用温度を求める検出部温度推定部と、
　前記検出部の抵抗値を読み取って該検出部の制御用の検出値である制御用検出値を求める検出値読取部と、
　前記制御用検出値及び前記制御用温度から前記空気過剰率を算出して該空気過剰率と前記制御目標値との偏差を求め、該偏差及び該偏差の微分、又は該偏差、該偏差の積分及び該偏差の微分を要素として前記空気過剰率をフィードバック制御するＰＤ・ＰＩＤ制御部と、
　前記空気過剰率と前記制御目標値との偏差及び該偏差の積分を要素として前記空気過剰率をフィードバック制御するＰＩ制御部と、
　前記フィードバック制御に、前記ＰＩ制御部又は前記ＰＤ・ＰＩＤ制御部のいずれを使用するかを選択する制御部選択部と、
　前記制御用温度に関する低い方から第１、第２、第３、及び第４の少なくとも４つの温度を記憶する温度記憶部と、
　前記制御用温度が、前記第１温度よりも高くかつ前記第４温度よりも低いときに、前記ＰＩ制御部又は前記ＰＤ・ＰＩＤ制御部を介した前記フィードバック制御の実行を許容する活性判断部とを備え、
　前記活性判断部が前記フィードバック制御の実行を許容する場合、前記制御部選択部は、前記制御用温度が、前記第２温度よりも高くかつ前記第３温度よりも低いときには、前記ＰＤ・ＰＩＤ制御を選択し、前記制御用温度が第２温度よりも低いか又は前記第３温度よりも高いときには、前記ＰＩ制御部を選択するものであることを特徴とする。
　このような空燃比制御装置においては、一般に、チタニア酸素センサには温度依存性があり、チタニア酸素センサの検出部の温度が低すぎるか又は高すぎる場合には、検出値が空燃比に対して応動し難く、ダイナミックレンジが狭くなるので、検出値読取部で読み取る検出値に基づく空気過剰率の分解能が極端に低下する。これにより、ＰＩＤ又はＰＤ制御における偏差の微分項での制御が困難になることから、ＰＩＤ又はＰＤ制御（疑似的な微分項を含む）に期待される制御追従性を保つことが難しくなる。
　そこで、本発明では、チタニア酸素センサの検出部の温度が低すぎる第１温度（例えば、２８０ｄｅｇＣ）以下であるか又は高すぎる第４温度（例えば、８７０ｄｅｇＣ）以上の場合には、微分制御を含むＰＩＤ又はＰＤ制御によるフィードバック制御を行わないことを可能としている。
　ただしこの場合、検出部の温度が低すぎるか又は高すぎることに基づいて直ちに微分制御を含むフィードバック制御を停止するのではなく、制御用温度が第２温度よりも低いか又は第３温度よりも高いときには制御部選択部がＰＩ制御を選択することにより、ＰＩ制御へ切り替える段階を踏むように構成している。これにより、空気過剰率のフィードバック制御における作動温度範囲を実質的に広げて可用性を向上させ、排気浄化性能を高めることができる。
　本発明において、前記排気脈動による前記検出部の検出値の波高の尖頭値がリッチ領域、ストイキ領域又はリーン領域の何れの空燃比領域に該当するかを判別するためのリーン側閾値及びリッチ側閾値のそれぞれを、前記検出部の温度に係る第１目盛値に対応付けた第１、第２ルックアップテーブル、及び前記検出部の検出値に係る第２目盛値にそれぞれ対応付けた第３、第４ルックアップテーブルを記憶するテーブル記憶部と、
　前記尖頭値に基づき、前記第１～第４ルックアップテーブルにおける前記対応付けを補正して、前記第１～第４ルックアップテーブルを較正する較正部と、
　前記較正された第３又は第４ルックアップテーブルに基づき、前記尖頭値に対応する温度を求め、求めた温度を前記制御用温度の代替温度として準備する代替温度準備部とを備えてもよい。
　このような空燃比制御装置において、チタニア酸素センサを長期間使用する状況下でヒータ部そのものに酸化等の経年劣化を生じたり、ヒータ部からの信号線が断線したりすると、ヒータ部の抵抗値が正確に読み取れないので検出部の温度値を正確に算出することが不能となる。この場合、何らの対策も講じられない場合には、温度依存性の高いチタニア酸素センサによる空燃比制御が継続できなくなる。
　そこで、本発明では、抵抗値を読み取れなくなった場合の制御用温度の代替として使用する温度を代替温度準備部により準備している。検出部の温度との相関関係を有している排気脈動による前記検出部の検出値の波高から代替温度を算定するとともに、この代替温度を制御用温度として使用して空気過剰率を算出することにより、チタニア酸素センサによる空燃比制御を継続することができる。これにより、可用性を向上させることができる。
　本発明において、オンボード診断により、前記チタニア酸素センサにおけるヒータ部と前記検出部温度推定部との間の信号線が断線又は短絡していると診断された場合に、前記制御用検出値及び前記代替温度から前記空気過剰率を算出して該空気過剰率と前記制御目標値との偏差を求め、前記空気過剰率と前記制御目標値との偏差及び該偏差の積分を要素として前記空気過剰率のフィードバック制御を行う故障時ＰＩ制御部と、前記代替温度が前記第１温度よりも高くかつ前記第４温度よりも低いときには、前記故障時ＰＩ制御部を介した前記フィードバック制御の実行を許容する故障時活性判断部とを有してもよい。
　このような空燃比制御装置において、上述のようにヒータ部からの信号線が断線等した場合に、代替温度準備部での検出部の温度値の更新は検出部の検出値の波高の尖頭値を確認することで行われるため、代替温度と検出部の検出値相互の時系列を調停することが難しくなることから、代替温度と検出部の検出値から求められる空気過剰率は即時性（リアルタイム性）においてあいまいさを含む、検出遅れの大きい値となる。これは、空気過剰率に対する偏差の変化量（微分項）に基づくＰＩＤ又はＰＤ制御の精度が大きく低下するおそれがあることを意味する。
　そこで、本発明では、ヒータ部の故障時には、ＰＩＤ制御は行わずに、微分項を含まない制御法であるＰＩ制御のみによる限定された制御を行う故障時ＰＩ制御部を設けている。これにより、ヒータ部の故障時においても、チタニア酸素センサによる空燃比制御を継続することができる。
本発明の一実施形態に係る空燃比制御装置を備える内燃機関の主要部の構成を模式的に示す模式図である。 図１の内燃機関のＥＣＵにおける主要な構成を示すブロック図である。 図２のＥＣＵにおいて過剰率算出部により空気過剰率を算出する過剰率算出処理を示すフローチャートである。 図３の処理において、ストイキ領域における空気過剰率を算出する様子を示すグラフである。 図３の処理において、リーン側閾値ＬＲＥＦ及びリッチ側閾値ＲＲＥＦを求めるためのルックアップテーブルに対応するグラフ、及び空気過剰率を算出するためのデータマップを示す図である。 図３の処理によって算出される空気過剰率λの変化の様子を模式的に示すグラフである。 内燃機関を搭載した車両を運転しながら得られた時間経過に伴い、電圧算出部が出力する電圧値の変化を表す電圧波形を示す波形図である。 図２のＥＣＵにおける特性点検部による点検及び較正部による較正の一例を示す図である。 前記特性点検部による点検及び較正部による較正の他の例を示す図である。 前記特性点検部による点検及び較正部による較正の別の例を示す図である。 前記特性点検部による点検及び較正部による較正のさらに別の例を示す図である。 図２のＥＣＵにおけるフィードバック係数演算部の構成を示すブロック図である。 図２のＥＣＵにおける代替温度準備部により求められる代替温度Ｔｓｕｂの例を示す図である。
　以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る空燃比制御装置を備える４サイクル形式の内燃機関の主要部の構成を示す。この空燃比制御装置は、内燃機関の排気中の酸素濃度に基づいて得られる空気過剰率と、目標空気過剰率との偏差に基づいて空燃比フィードバック制御を行う機能を有する。
　同図に示すように、この内燃機関の機関本体１は、吸入ポートに設けられた吸気管２と、吸気管２内に設けられてエアクリーナ４から吸入ポートに供給される吸気の量を開度に応じて調整するスロットル弁３とを備える。
　スロットル弁３には、スロットル弁３の開度を検出するスロットルセンサ５が設けられる。吸気管２の吸入ポート近傍には、燃料を噴射する燃料噴射弁６が設けられる。燃料噴射弁６には、図示しない燃料タンクから燃料ポンプによって燃料が圧送される。
　吸気管２には、吸気管２における吸気圧を検出する吸気圧センサ７及び吸気管２内の吸入空気の温度を検出する吸気温センサ８が設けられる。機関本体１の排気ポートに連結された排気管１０内には、排気管１０の排気中の未燃焼成分を低減させる触媒１１及び排気中の酸素濃度を検出する酸素センサ１２が設けられる。　
　機関本体１には、点火装置１４に接続された点火プラグ１３が固着される。ＥＣＵ（電子制御ユニット）１５が点火装置１４に対して点火タイミングの指令を発することにより、機関本体１のシリンダ燃焼室内で火花放電が生じる。　
　ＥＣＵ１５には、スロットルセンサ５、吸気圧センサ７、吸気温センサ８、酸素センサ１２、冷却水温センサ１７、及び大気圧を検出する大気圧センサ２０のそれぞれの検出値を示すアナログ電圧が入力される。また、ＥＣＵ１５には、上記の燃料噴射弁６が接続される。
　ＥＣＵ１５には、さらに、クランク角度センサ１９からのクランク軸１８の回転角度位置を示す信号が入力される。すなわち、クランク角度センサ１９は、クランク軸１８に連動して回転するロータ１９ａの外周に所定角度（例えば、１５度）毎に設けられた複数の凸部を、ロータ１９ａの外周近傍に配置されたピックアップ１９ｂによって磁気的あるいは光学的に検出し、ピックアップ１９ｂからクランク軸１８の所定角度の回転毎にパルス（クランク信号）を発生する。
　具体的には、クランク角度センサ１９は、ピストン９が上死点に至る毎に、又はクランク軸１８が３６０度回転する毎に基準角度を示す信号をＥＣＵ１５に出力する。　図２は、ＥＣＵ１５における主要な構成を示す。同図に示すように、ＥＣＵ１５に排気中の酸素濃度の検出信号を供給する酸素センサ１２は、排気脈動を有する内燃機関の排気に接するように設けられて排気中の酸素濃度を検出する検出部としてのセンサ素子１２ａと、センサ素子１２ａに隣接してセンサ素子１２ａを加熱するヒータ部としてのセンサヒータ１２ｂとを備える。
　センサ素子１２ａは、内燃機関の排気がストイキメトリック近傍の酸素濃度である際に略ステップ状に変化する抵抗値を有し、該抵抗値から求める検出値がセンサ素子１２ａの温度と前記排気脈動とに応じた波高値を有するパルス波状を呈する。センサ素子１２ａとしては、本実施形態では、酸素濃度に応じて抵抗値が変化する抵抗型酸素センサであるチタニア酸素センサが用いられる。
　ＥＣＵ１５は、センサヒータ１２ｂを制御するヒータ制御器２２と、センサ素子１２ａの温度を示す温度値Ｔを算出する検出部温度推定部としての温度算出部２３と、センサ素子１２ａの出力信号を、排気中の酸素濃度を示す検出値としての電圧値ＶＨＧに変換する電圧算出部２４とを備える。
　ヒータ制御器２２によるセンサヒータ１２ｂの温度の制御は、不図示の電源（蓄電池）からセンサヒータ１２ｂに供給される通電電流量ＩをＥＣＵ１５でパルス幅変調（ＰＷＭ）制御することにより行われる。また、温度算出部２３による温度値Ｔの算出は、たとえば、センサヒータ１２ｂに印加されたヒータ電圧及び通電電流量Ｉの各値をＥＣＵ１５で読み取ってセンサヒータ１２ｂの抵抗値を求め、該抵抗値を、ＥＣＵ１５に予め準備されたヒータ抵抗値及び温度値Ｔ間の対応関係を示すテーブルデータあるいは計算式によって換算することにより行われる。温度算出部２３及び電圧算出部２４における算出結果は、後述する過剰率算出部２５の代替値演算部２６に供給される。
　また、ＥＣＵ１５は、クランク角度センサ１９の検出結果に基づいて内燃機関の回転速度ＮＥ及び角速度ＮＥＴＣを算出する回転速度演算部２７と、温度算出部２３からの温度値Ｔ、電圧算出部２４からの電圧値ＶＨＧ、及び回転速度演算部２７からの角速度ＮＥＴＣに基づいて空気過剰率λを算出する過剰率算出部２５とを備える。
　さらに、ＥＣＵ１５は、制御目標値としての空気過剰率λｃｍｄを触媒１１における貯蔵酸素量の推定値や内燃機関の作動状態に基づいて算出する目標値設定部としての目標値演算部２８と、回転速度演算部２７からの回転速度ＮＥ、及び吸気圧センサ７からの吸気管２内の圧力ＰＭに基づいて基本噴射量ＢＪを算出する基本噴射量演算部２９と、過剰率算出部２５により算出された空気過剰率λを目標空気過剰率λｃｍｄに一致させるべく、基本噴射量演算部２９が算出した基本燃料噴射量ＢＪを補正するためのフィードバック係数ｋを求めるフィードバック係数演算部３０と、フィードバック係数ｋ及び基本噴射量ＢＪに基づいて噴射量Ｔｉを算出するとともに、燃料噴射弁６を作動させる噴射量演算部３１とを備える。
　フィードバック係数演算部３０においては、空気過剰率λと目標空気過剰率λｃｍｄとの偏差Ｐ及び該偏差の微分Ｄ、又は該偏差Ｐ、該偏差の積分Ｉ及び該偏差の微分Ｄに基づいて実行されるＰＤ・ＰＩＤ制御、もしくは、空気過剰率λと目標空気過剰率λｃｍｄとの偏差Ｐ及び該偏差の積分Ｉに基づいて実行されるＰＩ制御が、後述するように、選択的に行われてフィードバック係数ｋが演算される。噴射量演算部３１によりフィードバック係数ｋ及び基本噴射量ＢＪに基づいて算出される噴射量Ｔｉに基づき、これに対応する時間だけ、燃料噴射弁６が開弁される。而して、機関本体１のシリンダ燃焼室内には空気過剰率λと目標空気過剰率λｃｍｄとの比較に基づいた上記フィードバック係数ｋに応じた量の燃料が噴射される。
　過剰率算出部２５は、電圧算出部２４からの電圧値ＶＨＧ及び温度算出部２３からの温度値Ｔに基づき、電圧値ＶＨＧを、その温度特性を補償しつつ空気過剰率に対してリニアライズ変換したデータＬＤを用いて排気の空気過剰率λを算出するものである。ただし、この算出は、後述するように、電圧値ＶＨＧがリーン側閾値ＬＲＥＦ以下の場合に適用され、電圧値ＶＨＧがリーン側閾値ＬＲＥＦより大きいときには、別の方法で空気過剰率λが求められる。
　過剰率算出部２５は、内燃機関のクランク角速度ＮＥＴＣに基づいて内燃機関のトルク値ＴＱを算出するトルク演算部３２と、上述のリニアライズ変換についての変換限界閾値を設定する限界閾値設定部３３と、空気過剰率λの代替値Ｒを算出するのに必要なデータや、後述するデータマップ及びルックアップテーブルを記憶する記憶部３４と、代替値Ｒを算出する代替値演算部２６とを備える。
　限界閾値設定部３３は、変換限界閾値として、リーン側の変換限界域値であるリーン側閾値ＬＲＥＦ及びリッチ側の変換限界閾値であるリッチ側閾値ＲＲＥＦを、電圧算出部２４からの電圧値ＶＨＧについて設定する。ただし、チタニア型のセンサ素子１２ａは、温度が変化すると、出力値のダイナミックレンジ（センサ出力電圧の線形領域の最小値と最大値の各値）が変化するため、温度算出部２３からの温度値Ｔに応じて変換限界閾値を変化させる必要がある。
　図５を併せて参照して、該図５は、温度算出部２３が算出する温度値Ｔに対応する図５において左右方向の第１目盛値Ｇ１と、電圧算出部２４が算出する電圧値ＶＨＧに対応する図５において上下方向の第２目盛値Ｇ２とを有するとともに、電圧値ＶＨＧ及び温度値Ｔを座標として対応付けられた複数個の前記データＬＤの数値が設定されているデータマップを掲出したものであり、しかも、リーン側閾値ＬＲＥＦ及びリッチ側閾値ＲＲＥＦを求めるためのグラフ３５、３６に対応するルックアップテーブルの各一例をデータマップ上に夫々重ね合わせた図として示している。
　すなわち、データマップは、複数の空気過剰率値を、温度値Ｔについての複数の第１目盛値Ｇ１、及び電圧値ＶＨＧ（検出値）についての複数の第２目盛値Ｇ２との対応関係を付けて示すものである。ルックアップテーブルは、電圧値ＶＨＧがリッチ領域、ストイキ領域又はリーン領域の何れの空燃比領域に該当するかを判別するためのリッチ側閾値ＲＲＥＦ及びリーン側閾値ＬＲＥＦを第１目盛値Ｇ１との対応関係を付けて示すものである。
　このようなデータマップと、グラフ３５、３６に対応するルックアップテーブルとをＥＣＵ１５内の記憶部３４に予め記憶しておくことにより、これらを用いて電圧値ＶＨＧをリニアライズ変換したデータＬＤと、リーン側閾値ＬＲＥＦ及びリッチ側閾値ＲＲＥＦとを容易に取得して設定することができる。
　グラフ３５は、例えば、リーン領域とストイキ領域との境界としての空気過剰率λを１．０２とし、この値となるような電圧値ＶＨＧ及び温度値Ｔを座標とした上記データマップ上の点を複数点求め、これら複数の点の間をそれぞれ線補間で結んだグラフである。またグラフ３６は、例えば、ストイキ領域とリッチ領域との境界としての空気過剰率λを０．９８とし、この値に対応する電圧値ＶＨＧ及び温度値Ｔを座標とした上記データマップ上の複数の点を求め、これら複数の点の相互間をそれぞれ線補間で結んだグラフである。
　例えば、限界閾値設定部３３は、グラフ３５に対応するルックアップテーブルからは、温度算出部２３からの温度値Ｔがｔ０である場合、その座標ｔ０から導かれる電圧値ｖ０を、リーン領域とストイキ領域との境界についてのリーン側閾値ＬＲＥＦとして設定することができる。同様に、グラフ３６に対応するルックアップテーブルからは、温度算出部２３からの温度値Ｔがｔ０である場合、その座標ｔ０から導かれる電圧値ｖ１を、ストイキ領域とリッチ領域との境界についてのリッチ側閾値ＲＲＥＦとして設定することができる。
　また、記憶部３４は、代替値Ｒの算出に必要なデータとして、電圧算出部２４からの電圧値ＶＨＧが変換限界閾値ＬＲＥＦ以下のとき、燃料噴射弁６による燃料噴射の実行時間Ｔｉ１、トルク値ＴＱ１、変換限界閾値ＬＲＥＦに関する空気過剰率λｂを記憶する。
　代替値演算部２６は、電圧値ＶＨＧが変換限界閾値ＬＲＥＦを超えているとき、該超えるより前の燃料噴射の実行時間をＴｉ２、トルク値をＴＱ２として、次式（１）により代替値Ｒを算出する。
　Ｒ＝（（Ｔｉ１÷Ｔｉ２）÷（ＴＱ１÷ＴＱ２））×λｂ　　（１）
　そして、過剰率算出部２５は、電圧値ＶＨＧが変換限界閾値ＬＲＥＦを超えている場合には、上述のリニアライズ変換したデータＬＤとしての空気過剰率λに代えて、代替値Ｒを排気の空気過剰率λとみなす。
　図３は、過剰率算出部２５における空気過剰率λを算出する過剰率（ラムダ）算出処理を示す。なお、この過剰率算出処理を含むＥＣＵ１５による制御は、クランク角度センサ１９からのクランク軸１８の回転角度位置を示すパルス信号に基づき、内燃機関の行程に同期して実行される。
　過剰率算出処理が開始されると、ステップＳ１において、トルク演算部３２により、回転速度演算部２７からのクランク角速度ＮＥＴＣに基づいて内燃機関のトルクＴＱ（ＤＣＢＣＰ）を算出する。
　なお、トルクＴＱの算出に際しては、内燃機関における吸気、圧縮、燃焼膨張、排気の各行程を有する内燃機関の連続する２つの行程の各々に対応した内燃機関のクランク軸の２つの角速度が算出され、これに基づき、内燃機関が発生する発生トルクが精度よく算出される（特許第６２５４６３３号公報参照）。
　次に、センサヒータ抵抗を読み取る際にセンサヒータ１２ｂの断線状態が検出されていない場合に、ステップＳ２において、温度算出部２３からの温度値Ｔ（ＨＧＴＥＭＰ）に基づき、限界閾値設定部３３により、図５のグラフ３５、３６に対応する第１及び第２ルックアップテーブル（ＶＨＧＬＲＥＦ＿Ｎ、ＶＨＧＲＲＥＦ＿Ｎ）を用いて、リーン側閾値ＬＲＥＦ及びリッチ側閾値ＲＲＥＦをそれぞれ設定する。
　次に、ステップＳ３において、電圧算出部２４から電圧値ＶＨＧを取得し、該電圧値ＶＨＧを後述する電圧差確認部４３で得られる偏差ＶＤにより補正して、制御用の電圧値（検出値）ＶＨＧｃｏｎを設定する。
　次に、ステップＳ４において、ステップＳ２で取得した温度値Ｔ、ステップＳ３で取得した電圧値ＶＨＧｃｏｎに基づき上述のデータマップ（図５）が走査され、かくして、電圧値ＶＨＧｃｏｎの値をその温度特性を補償しつつ空気過剰率λへとリニアライズ変換したデータＬＤが取得される。
　次に、ステップＳ５において、ステップＳ３で取得した電圧値ＶＨＧｃｏｎが、ステップＳ２で設定したリッチ側閾値ＲＲＥＦよりも小さいか否かを判定する。小さいと判定した場合には、続くステップＳ６においてフラグＦ＿ＤＥＴＥＣＴをゼロに設定しつつステップＳ１６に進み、上記データＬＤの値を空気過剰率λ値ＬＡＭＢＤＡとして設定し、図３の過剰率算出処理を終了する。
　ステップＳ５において、電圧値ＶＨＧｃｏｎがリッチ側閾値ＲＲＥＦよりも小さくはないと判定した場合には、ステップＳ７において、ステップＳ３で取得した電圧値ＶＨＧｃｏｎが、ステップＳ２で設定したリーン側閾値ＬＲＥＦよりも大きいか否かを判定する。
　ステップＳ７において、上記電圧値ＶＨＧｃｏｎが大きくはないと判定した場合には、ステップＳ８において、ステップＳ２で取得したリーン側閾値ＬＲＥＦの電圧値ｌｒｅｆ及びリッチ側閾値ＲＲＥＦの電圧値ｒｒｅｆと、電圧値ｌｒｅｆに対応する所定のストイキ領域とリーン領域との境界としての空気過剰率λ値（この実施の形態においては、λ＝１．０２）と、電圧値ｒｒｅｆに対応する所定のリッチ領域とストイキ領域との境界としての空気過剰率λ値（この実施の形態においては、λ＝０．９８）と、ステップＳ３で取得した電圧値ＶＨＧとに基づき、電圧算出部２４からの電圧値ＶＨＧを、酸素センサ１２の温度特性を補償しつつ空気過剰率に対してリニアライズ変換したデータＬＤとしての空気過剰率λを算出し、ステップＳ９に進む。
　図４を併せて参照して、上記ステップＳ８におけるリニアライズ変換したデータＬＤとしての空気過剰率λは、前記所定のストイキ領域とリーン領域との境界としての空気過剰率λを予め数値設定することが可能な変数＃ＬＬＭＤ(たとえば１．０２）、及び、前記所定のリッチ領域とストイキ領域との境界としての空気過剰率λを予め設定することが可能な変数＃ＲＬＭＤ（たとえば０．９８）であるとすれば、図４に示すようなグラフで表すことができる。該グラフの、図４において左右方向の横軸は電圧値ＶＨＧであり、図４において上下方向の縦軸は空気過剰率λである。したがって、例えば電圧値ＶＨＧがｖｈｇ１である場合、これに対応する空気過剰率λの値λ１は、次式（２）により算出することができる。
λ1=(((vhg1-rref)÷(lref-rref))×(#LLMD-#RLMD))＋＃RLMD　　（２）
　ステップＳ９では、燃料噴射弁６による直前の燃料噴射の実行時間Ｔｉ、ステップＳ１で算出したトルクＴＱをそれぞれＴｉ１、ＴＱ１とし、リーン側閾値ＬＲＥＦに関する空気過剰率λをλｂとして記憶部３４により記憶する。ほぼ同時に、前記記憶の有効時間を示すカウントダウンタイマー値ＴＩＭＥＲをその所定の初期値である＃ＴＭＩＮＴでリセットする。続いて、フラグＦ＿ＤＥＴＥＣＴを１に設定するとともにステップＳ１６に進み、上記ステップＳ８で取得したデータＬＤの値を、空気率過剰率λ値ＬＡＭＢＤＡとして設定し、図３の過剰率算出処理を終了する。
　このとき、λｂとしては、ステップＳ８で取得したデータＬＤの値が記憶される。その際に、データＬＤの値の移動平均をλｂとして記憶するのが好ましい。例えば、次式（３）で求められる空気過剰率λ（データＬＤ）の指数移動平均λａがλｂとして記憶される。
　　λａ＝ＬＤ×ｋ１＋λａｂ×（１－ｋ１）　　　　　　（３）
　ここで、ｋ１は移動平均係数であり、λａｂは記憶部３４が記憶している前回制御周期での移動平均値である。移動平均係数ｋ１としては、例えば０．３４が用いられる。
　また、このとき、記憶部３４は、燃料噴射の実行時間Ｔｉ１及び前記トルク値ＴＱ１として、それぞれ移動平均値を記憶するのが好ましい。例えば、燃料噴射の実行時間Ｔｉの指数移動平均ＴｉＦＬＴが次式（４）で求められてＴｉ１として記憶されるとともに、前記トルク値ＴＱの指数移動平均ＴＱＦＬＴが次式（５）で求められてＴＱ１として記憶される。
　ＴｉＦＬＴ＝Ｔｉ×ｋ２＋ＴｉＦＬＴｂ×（１－ｋ２）　　　（４）
　ＴＱＦＬＴ＝ＴＱ×ｋ３＋ＴＱＦＬＴｂ×（１－ｋ３）　　　（５）
　ここで、ｋ２、ｋ３は移動平均係数であり、ＴｉＦＬＴｂ、ＴＱＦＬＴｂは記憶部３４が記憶している前回制御周期での移動平均値である。この実施の形態においては、移動平均係数ｋ１、ｋ２、及びｋ３として、それぞれ異なる値を用いることができる。
　次に、ステップＳ７において、ステップＳ３で取得した電圧値ＶＨＧｃｏｎがリーン側閾値ＬＲＥＦよりも大きいと判定した場合には、ステップＳ１０において、上述のカウントダウンタイマー値ＴＩＭＥＲがゼロに到達しているか否かを判定する。そして、ＴＩＭＥＲがゼロに到達しているならば、フラグＦ＿ＤＥＴＥＣＴを０にリセットする（ステップＳ１１）。
　次に、ステップＳ１２に進み、フラグＦ＿ＤＥＴＥＣＴ＝１であるか否かを判定する。Ｆ＿ＤＥＴＥＣＴ＝１であるならば、記憶部３４にリーン側閾値ＬＲＥＦに関する空気過剰率λｂ、燃料噴射の実行時間Ｔｉ１、及び、トルク値ＴＱ１が記憶されていることを示すので、ステップＳ１３に進み、代替値演算部２６において、上述の式（１）により代替値Ｒを算出するとともに、データＬＤの値を代替値Ｒに設定する。
　次に、ステップＳ１４において、ステップＳ１３で設定したデータＬＤの値が所定の上限値＃ＬＬＭＴよりも大きいか否かを判定する。ステップＳ１３で設定したデータＬＤの値が上限値＃ＬＬＭＴよりも大きい場合には、データＬＤの値を上限値＃ＬＬＭＴに設定する（ステップＳ１５）。この場合、上限値＃ＬＬＭＴとして、例えば１．２５を用いることができる。
　なお、上記ステップＳ１２において、Ｆ＿ＤＥＴＥＣＴ＝０であるならば、記憶部３４にリーン側閾値ＬＲＥＦに関する空気過剰率λｂ、燃料噴射の実行時間Ｔｉ１、及び、トルク値ＴＱ１に関する有効な値が記憶されていないことを示すので、代替値Ｒを算出することができない。この場合も、データＬＤの値は上記上限値＃ＬＬＭＴに設定される（ステップＳ１５）。
　而して、上記ステップＳ１３又はステップＳ１５で設定されたデータＬＤの値は空気率過剰率λ値ＬＡＭＢＤＡとして設定され(ステップＳ１６）、これにより、図３の過剰率算出処理を終了する。
　図３の過剰率算出処理が終了すると、ＥＣＵ１５は、図３の過剰率算出処理で算出された空気過剰率λ値ＬＡＭＢＤＡを、上述のように、目標値演算部２８からの目標とする空気過剰率λｃｍｄに一致させるべく、フィードバック係数演算部３０を介して燃料噴射弁６による燃料の噴射量を制御する。
　図６は、図３の過剰率算出処理によって算出される空気過剰率λ値ＬＡＭＢＤＡの変化の様子を模式的に示すグラフである。グラフの横軸は時間経過を示す数値であり、縦軸は空気過剰率λである。
　図６におけるグラフ３７は、図６において左右方向の横軸の、左端側から中央付近までの範囲において、実際の排気の空気過剰率λを一定の変化率で徐々に増加させ、且つ、続く上記横軸の中央付近から右端側までの範囲において、実際の排気の空気過剰率λを一定の変化率で徐々に減少させた場合において、それをＥＣＵ１５の電圧算出部２４で読み取った電圧値ＶＨＧを、その温度特性を補償しつつ空気過剰率λに対して直接的にリニアライズ変換したデータを用いて空気過剰率λ値を算出した場合の空気過剰率λ値の数値変化を示す。
　グラフ３８は、同様に、上記横軸の左端から右端まで実際の排気の空気過剰率λを一定の変化率で徐々に増加乃至減少させた場合において、電圧算出部２４からの電圧値ＶＨＧがリーン側域値ＬＲＥＦの電圧値ｌｒｅｆ以下であるときは、上述のデータマップ（図５）又は式（２）で電圧値ＶＨＧを直接的にリニアライズ変換したデータを用いて空気過剰率λ値を算出しているが、電圧算出部２４からの電圧値ＶＨＧがリーン側域値ＬＲＥＦの電圧値ｌｒｅｆ（空気過剰率λの値１．０２０に対応）を超える場合には、上記電圧値ＶＨＧをリニアライズ変換したデータに代えて上述の数式（１）により取得した代替値Ｒを空気過剰率λ値としたときのその空気過剰率λ値の数値変化を示している。
　斯くして、実際の排気の空気過剰率λが１．０２０以下の場合には、それに応答する電圧算出部２４からの電圧値ＶＨＧは上記実際の排気の空気過剰率λに対して比例的（線形）に変化するため、実際の排気の空気過剰率λが１．０２０以下の場合には、グラフ３７及びグラフ３８は共に、上記実際の排気の空気過剰率λの上記一定変化に追従して直線的に推移しているが、排気の空気過剰率λが１．０２０を超える場合には、その状況下での非線形性を呈する電圧値ＶＨＧが急激に増加方向に変化するため、電圧値ＶＨＧを直接的にリニアライズ変換したデータに基づく空気過剰率λ値を示すグラフ３７も同じく増加方向へと急峻且つ非線形に変化する。一方、グラフ３８では、排気の空気過剰率λが１．０２０（上記＃ＬＬＭＤ）を超える場合にも空気過剰率λ値ＬＡＭＢＤＡが排気の空気過剰率λ（空燃比）に対して直線状に変化しており、実際の排気の空気過剰率λと連動している。
　したがって、過剰率算出処理により、電圧値ＶＨＧがリーン側閾値ＬＲＥＦ以下の場合には、上述のリニアライズ変換したデータを用いて空気過剰率λを算出し、電圧値ＶＨＧがリーン側閾値ＬＲＥＦを超える場合には、上述の数式（１）で空気過剰率λを算出する（グラフ３８）ことにより、過剰率算出部２５は、図６のグラフの全範囲にわたって実際の排気の空気過剰率λと連動し比例的に変化する空気過剰率λ値をフィードバック係数演算部３０に供給できることがわかる。これにより、フィードバック係数演算部３０によるフィードバック係数ｋの演算の中断が抑制される。
　ところで、製造公差等によりセンサ素子１２ａ（検出部）やセンサヒータ１２ｂ（ヒータ部）の抵抗値がばらつくと、これらの抵抗値に基づいて得られる空気過剰率も不正確なものとなり、空燃比フィードバック制御に支障を来たすおそれがある。
　そこで、過剰率算出部２５は、上記の抵抗値のばらつきに応じて変化する電圧値ＶＨＧ（検出値）の特性を点検する特性点検部４０と、その点検結果に基づいて上述のデータマップ及びルックアップテーブルを較正する較正部４１とを備える。
　特性点検部４０は、温度Ｔの基準値からのずれ量ＴＤを確認して制御用の温度Ｔｃｏｎを設定する温度差確認部４２と、センサ素子１２ａの電圧値ＶＨＧの所定時間内における平均値ＶＨＧＳＴＤとリーン側閾値ＬＲＥＦとの偏差ＶＤを確認して制御用の電圧値（検出値）ＶＨＧｃｏｎを設定する電圧差確認部４３とを有し、設定した制御用の温度Ｔｃｏｎ及び制御用の電圧値（検出値）ＶＨＧｃｏｎとに応じて、ＥＣＵ１５に接続された酸素センサ１２の出力特性を点検するように構成される。
　温度差確認部４２は、内燃機関が停止した状態で、センサ素子１２ａの温度Ｔがセンサ素子１２ａの雰囲気温度に収束するに足る所定時間が経過した場合に、温度Ｔの基準値からのずれ量ＴＤを取得する。そして、温度差確認部４２は、電圧値ＶＨＧの特性の点検並びに過剰率算出部２５で用いる制御用の温度として、センサ素子１２ａの温度Ｔを、ずれ量ＴＤに基づいて補正した値Ｔｃｏｎ（この実施の形態においてはＴｃｏｎ＝Ｔ＋ＴＤ）を設定する。
　上記の温度Ｔｃｏｎを設定するための基準値Ｔｒｅｆは、例えば、冷却水温センサ１７により得られるエンジン温度に吸気温センサ８により得られる吸気温度を加えて２で除する｛Ｔｒｅｆ＝（エンジン温度＋吸気温度）÷２｝ことにより求めることができる。これにより、冷却水温センサ１７及び吸気温センサ８の各読取での量子化誤差による影響を軽減して上記制御用の温度Ｔｃｏｎを精度よく設定することができる。
　この場合、制御用の温度Ｔｃｏｎは常温下かつ始動前のエンジン温度及び吸気温度と同じになるように設定される。かくして、温度差確認部４２は、上記のデータマップ及びグラフ３５、３６に対応するルックアップテーブルを、図５において左右方向（第１目盛値Ｇ１方向）へと実質的に平行移動させることになる。
　続いて、電圧差確認部４３は、センサ素子１２ａの上記制御用の温度Ｔｃｏｎが所定値以下（例えば、上記基準値Ｔｒｅｆに同じ）の場合に、センサ素子１２ａの抵抗値から求める電圧値ＶＨＧの所定時間内における平均値ＶＨＧＳＴＤとリーン側閾値ＬＲＥＦとの偏差ＶＤを取得する。そして、電圧差確認部４３は、上述の特性の点検及び過剰率算出部２５で用いる制御用の電圧値（検出値）として、前記抵抗値から求める電圧値ＶＨＧを偏差ＶＤに基づいて補正した電圧値ＶＨＧｃｏｎ（＝ＶＨＧ＋ＶＤ）を設定する。
　この場合、センサ素子１２ａの温度Ｔｃｏｎが充分に低く酸素センサ１２が不活性となる状況では、電圧値ＶＨＧの波高がほぼゼロ（電圧値ＶＨＧが動かない状態）になるとともに、標準的な抵抗値を有するセンサ素子１２ａから読み取り可能な電圧値ＶＨＧｒｅｆは、上記グラフ３５及びグラフ３６と同一値になる（電圧値ＶＨＧｒｅｆとグラフ３５、３６が重なり合う）。すなわち、上記制御用の温度Ｔｃｏｎが所定値以下の場合に、標準電圧値ＶＨＧｒｅｆはグラフ３５（リーン側閾値ＬＲＥＦ）に等しくなるので、制御用の電圧値（検出値）ＶＨＧｃｏｎを設定するための基準値は、グラフ３５に対応するルックアップテーブルを上記充分に低い温度Ｔｃｏｎで走査することにより、求めることができる。また、上記の平均値ＶＨＧＳＴＤは、例えば、５秒間の期間で多数回読み取った電圧値ＶＨＧの相加平均値から求めることができ、これにより、電圧値ＶＨＧの読取における量子化誤差による影響を軽減して偏差ＶＤを取得するとともに、制御用の電圧値ＶＨＧｃｏｎを精度よく設定することができる。
　斯くして、制御用の電圧値（検出値）ＶＨＧｃｏｎは制御用の温度Ｔｃｏｎが所定値以下の場合のグラフ３５（リーン側閾値ＬＲＥＦ）と同じになるように補正される。これにより、電圧差確認部４３は、上記のデータマップを、図５において上下方向（第２目盛値Ｇ２方向）へと実質的に平行移動させることになる。
　実際にＥＣＵ１５に接続された酸素センサ１２の点検に際しては、特性点検部４０は、目標値演算部２８を通じて目標空気過剰率λｃｍｄをストイキメトリック近傍に設定して電圧値ＶＨＧｃｏｎの波高値を取得するとともに、この波高値が空燃比領域の何れかに該当するかを点検する。
　また、較正部４１による較正に際しては、上記点検の結果を受けて、上記データマップ及びグラフ３５、３６に対応する第１及び第２ルックアップテーブルが較正される。
　図７には、特性点検部４０により、目標空気過剰率λｃｍｄをストイキメトリック近傍に設定した状態で内燃機関に標準的な抵抗値を有する酸素センサ１２を搭載した車両を運転しながら得られた電圧値（検出値）ＶＨＧｒｅｆについて、その時間経過に伴う変化を表す電圧波形４４が示されている。また図７には、検証用として臨時に併設した広帯域（ワイドバンド）空燃比センサの出力信号の波形を示す空燃比波形４５が併せて示されている。
　４サイクル内燃機関において、排気管内の排気及び当該排気に含まれる酸素濃度は脈動をしているので、図７に示すように、標準的な抵抗値を有する酸素センサ１２のセンサ素子１２ａから読み取られる電圧値（検出値）ＶＨＧｒｅｆの電圧波形４４及び併設された空燃比センサの空燃比波形４５は、時間の経過に伴い振動的に遷移する波高を有した波形として観測されるのであるが、特に空燃比波形４５が、空気過剰率λが１．０となるレベルを跨ぐ図示の期間Ｐにおいては、元よりセンサ素子１２ａの抵抗値はストイキメトリック近傍の酸素濃度においてステップ（階段）状に急峻な変化をする特性を有していることから、電圧波形４４の波高Ｍ（検出値の波高値）は同期間Ｐにおける空燃比波形４５の波高と比して非常に大きく振動する波形として観測される。そして、このように大きく振動する電圧波形４４の波高の遷移に沿うように、上記のグラフ３５（リーン側閾値ＬＲＥＦ）及びグラフ３６（リッチ側閾値ＲＲＥＦ）に対応する第１及び第２ルックアップテーブルがそれぞれ設定されている。
　すなわち、図示の期間Ｐにおいて、標準的な抵抗値を有する酸素センサ１２から得られる電圧波形４４での各波高Ｍの尖頭のうち、図７において下方のリッチ側閾値ＲＲＥＦに近いリッチ側尖頭４６は、多数のものがほぼリッチ側閾値ＲＲＥＦ上に位置する一方、図７において上方のリーン側閾値ＬＲＥＦに近いリーン側尖頭４７は、多数のものがほぼリーン側閾値ＬＲＥＦ上に位置する。
　換言すると、目標空気過剰率λｃｍｄをストイキメトリック近傍に設定して図示の期間Ｐの状態を再現する如くに空燃比のフィードバック制御を実施しながら前記実際にＥＣＵ１５に接続された酸素センサ１２の電圧値（検出値）ＶＨＧｃｏｎが表出する波高ＭをＥＣＵ１５で計測するとともに、その波高Ｍの尖頭がリーン側閾値ＬＲＥＦ及びリッチ側閾値ＲＲＥＦと合致しているか否かを点検することにより、上記標準的な抵抗値での電圧値ＶＨＧｒｅｆの特性からの電圧値ＶＨＧｃｏｎの特性ずれが如何ほどであるかを把握し、取得することができる。
　斯くして、特性点検部４０は、目標空気過剰率λｃｍｄをストイキメトリック近傍に設定して空燃比フィードバック制御を実施しながら、ＥＣＵ１５に接続された酸素センサ１２の電圧値（検出値）ＶＨＧｃｏｎについて波高Ｍの尖頭値を取得し、該波高Ｍの尖頭値がリッチ領域、ストイキ領域又はリーン領域の何れかに該当するかを点検するように構成される。また、この点検結果に基づいて、較正部４１は、波高Ｍの尖頭値が前記リッチ側閾値ＲＲＥＦ及びリーン側閾値ＬＲＥＦに適合するように、アフィン変換を施して前記データマップ及び前記第１及び第２ルックアップテーブルを較正することができる。
　具体的には、較正部４１は、所謂アフィン変換の要領で、複数の第１目盛値Ｇ１及び複数の第２目盛値Ｇ２を拡大又は縮小することによりデータマップ及び第１及び第２ルックアップテーブルを較正するための第１較正倍率値Ｃ１及び第２較正倍率値Ｃ２を備えている。
　図８Ａ～図８Ｄを併せて参照しつつ詳述すると、較正部４１は、時間の経過に伴って変化する制御用の電圧値ＶＨＧｃｏｎのリーン側尖頭値４７ｖとグラフ３５（リーン側閾値ＬＲＥＦ）に対応する第１ルックアップテーブルとを対比した際に、例えば、リーン側尖頭値４７ｖがリーン領域にある場合には第１較正倍率値Ｃ１を増加してデータマップ及び第１ルックアップテーブルを図８Ａにおいて右側方向に向けて拡大し、リーン側尖頭値４７ｖがストイキ領域にある場合には第１較正倍率値Ｃ１を減少してデータマップ及び第１ルックアップテーブルを図８Ｂにおいて左側方向に向けて縮小する。
　すなわち、較正部４１は、上記増加又は減少した第１較正倍率値Ｃ１をデータマップ及び第１ルックアップテーブルの第１目盛値Ｇ１に乗じることにより、所謂アフィン変換の要領でデータマップ及び第１ルックアップテーブルを実質的に拡大又は縮小することで較正をする。なお、第１目盛値Ｇ１の拡縮原点には、０ケルビン（マイナス２７３．１５ｄｅｇＣ；絶対零度）を採用することができる。このとき、記憶部３４に記憶されている複数の第１目盛値Ｇ１の較正前の値をＴｋ（摂氏温度）とした場合、較正後の制御用第１目盛値Ｔｋｃａｌは、次式（６ａ）により求められる。
Ｔｋｃａｌ＝（Ｔｋ＋２７３．１５）×Ｃ１－２７３．１５　（６ａ）
　また、較正部４１は、時間の経過に伴って変化する制御用の電圧値ＶＨＧｃｏｎのリッチ側尖頭値４６ｖとグラフ３６（リッチ側閾値ＲＲＥＦ）に対応する第２ルックアップテーブルとを対比した際に、例えば、リッチ側尖頭値４６ｖがリッチ領域にある場合には第２較正倍率値Ｃ２を増加してデータマップ及び第２ルックアップテーブルを図８Ｄにおいて下方向に向けて拡大し、リッチ側尖頭値４６ｖがストイキ領域にある場合には第２較正倍率値Ｃ２を減少してデータマップ及び第２ルックアップテーブルを図８Ｃにおいて上方向に向けて縮小する。
　すなわち、較正部４１は、上記増加又は減少した第２較正倍率値Ｃ２をデータマップ及び第２ルックアップテーブルの第２目盛値Ｇ２に乗じることにより、所謂アフィン変換の要領でデータマップ及び第２ルックアップテーブルを実質的に拡大又は縮小することで較正する。なお、第２目盛値Ｇ２の拡縮原点には、上述の制御用の温度Ｔｃｏｎが所定値以下の場合のグラフ３５（リーン側閾値ＬＲＥＦ）の値を採用することができる。
　このとき、上記制御用の温度Ｔｃｏｎが所定値以下の場合のグラフ３５の値をＬＲＥＦａｎｃｈｏｒ、記憶部３４に記憶されている複数の第２目盛値Ｇ２の較正前の値をＶｋとした場合、較正後の制御用第２目盛値Ｖｋｃａｌは、次式（７）により求められる。
　　Vkcal=(Vk-LREFanchor)×C2+LREFanchor　　　　　　（７）
　なお、本実施の形態においては、上記第１較正倍率値Ｃ１及び第２較正倍率値Ｃ２の増加又は減少を行う場合に、所定の漸増率及び漸減率を介在させて第１較正倍率値Ｃ１又は第２較正倍率値Ｃ２を漸増又は漸減させて徐々に較正完了状態へと移行させる移行処理を含むように較正部４１を構成することができる。このとき、ＥＣＵ１５におけるオンボード診断により、チタニア型の酸素センサ１２のセンサヒータ１２ｂと温度算出部２３との間の信号線が断線又は短絡していると診断された場合には、第１較正倍率値Ｃ１についての上記移行処理（増加又は減少）は中断され、第１較正倍率値Ｃ１はデフォルト値（例えば＃１．０倍などの値）にリセットされる。
　一方、酸素センサ１２として、抵抗型酸素センサの一態様であるチタニア酸素センサを採用した場合、センサ素子１２ａの温度が低すぎるか又は高すぎる場合には、そうでない場合と比較して、センサ素子１２ａの抵抗値が空燃比に対して応動し難く、ダイナミックレンジが狭くなる。その帰結として、センサ素子１２ａの温度が低すぎる（例えば、２８０ｄｅｇＣ以下）か又は高すぎる（例えば、８７０ｄｅｇＣ以上）場合には、図５から理解されるように、酸素センサ１２の検出値に基づく空気過剰率λの分解能が極端に低下する。これにより、ＰＩＤ又はＰＤ制御における偏差の微分項での制御が困難になることから、ＰＩＤ又はＰＤ制御（疑似的な微分項を含む）に期待される制御追従性を保つことが難しくなり、空気過剰率λについてのフィードバック制御の精度が低下するおそれがある。
　そこで、本実施形態ではセンサ素子１２ａの温度が低すぎる（例えば、２８０ｄｅｇＣ以下）か又は高すぎる（例えば、８７０ｄｅｇＣ以上）場合には、微分項での制御を含むＰＩＤ又はＰＤ制御によるフィードバック制御を行わないことを可能としている。
　ただしこの場合、センサ素子１２ａの温度が低すぎるか又は高すぎることに基づいて直ちに微分制御を含むフィードバック制御を停止するのではなく、制御用温度Ｔｃｏｎが第２温度よりも低いか又は第３温度よりも高いときにはＰＩ制御を選択することにより、ＰＩ制御へ切り替える段階を踏むように構成している。
　具体的には、図９に示すように、フィードバック係数演算部３０は、制御用温度Ｔｃｏｎに応じて求めた空気過剰率λと目標空気過剰率λｃｍｄとの偏差Ｐ及び該偏差Ｐの微分Ｄ、又は、該偏差Ｐ、該偏差の積分Ｉ及び該偏差の微分Ｄに基づきフィードバック係数ｋを求めるＰＤ・ＰＩＤ制御部４９と、制御用温度Ｔｃｏｎに応じて求めた空気過剰率λと目標空気過剰率λｃｍｄとの偏差Ｐ及び該偏差Ｐの積分Ｉに基づきフィードバック係数ｋを求めるＰＩ制御部５０と、フィードバック係数ｋの演算に前記ＰＩ制御部５０又は前記ＰＤ・ＰＩＤ制御部４９のいずれを使用するかを選択する制御部選択部５１と、前記制御用温度Ｔｃｏｎに関する複数の温度設定値を記憶部３４より読み出し、この複数の温度設定値及び前記第１較正倍率値Ｃ１に基づいて、低い方から第１、第２、第３、第４温度ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４をそれぞれ設定する温度閾値設定部５２と、制御用温度Ｔｃｏｎに応じて、ＰＩ制御部５０又はＰＤ・ＰＩＤ制御部４９を介したフィードバック制御の実行を許容するか否かを判断する活性判断部５３と、後述する代替温度Ｔｓｕｂに応じて求めた空気過剰率λと目標空気過剰率λｃｍｄとの偏差Ｐ及び該偏差の積分Ｉに基づきフィードバック係数ｋを求める故障時ＰＩ制御部５９とを備える。
　温度閾値設定部５２において、記憶部３４から読み出した複数の温度設定値を＃Ｔｌｅｖｅｌとした場合、較正後の第１、第２、第３、第４温度ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４を示すＴｎ（ｎ＝１～４）は、次式（６ｂ）により求められる。
　　Tn(n=1～4)=(#Tlevel+273.15)×C1-273.15　　　　　　（６ｂ）
　活性判断部５３は、制御用温度Ｔｃｏｎが、第１温度ｔ１よりも高くかつ第４温度ｔ４よりも低いときに、ＰＩ制御部５０又はＰＤ・ＰＩＤ制御部４９を介したフィードバック制御の実行を許容する。
　制御部選択部５１は、活性判断部５３が前記フィードバック制御の実行を許容する場合に、制御用温度Ｔｃｏｎが第２温度ｔ２よりも高くかつ第３温度ｔ３よりも低いときには、ＰＤ・ＰＩＤ制御部４９を選択し、制御用温度Ｔｃｏｎが第２温度ｔ２よりも低いか又は第３温度ｔ３よりも高いときには、ＰＩ制御部５０を選択する。
　而してフィードバック係数演算部３０は、上記制御部選択部５１においてＰＤ・ＰＩＤ制御部４９が選択された場合には、空気過剰率λと目標空気過剰率λｃｍｄとの偏差Ｐ及び該偏差Ｐの微分、又は該偏差Ｐ、該偏差Ｐの積分及び該偏差Ｐの微分に基づいてフィードバック係数ｋを算出し、ＰＩ制御部５０が選択された場合には、該偏差Ｐ及び該偏差Ｐの積分に基づいてフィードバック係数ｋを算出する。これにより、制御用温度Ｔｃｏｎが低すぎたり高すぎたりする場合に応じて、適切なフィードバック制御が行われる。
　他方、酸素センサ１２を長期間使用する状況下で、何らかの外的要因でセンサヒータ１２ｂからの信号線が断線したりすると、センサヒータ１２ｂの抵抗値が正確に読み取れないので、温度算出部２３によりセンサ素子１２ａの温度値Ｔを正確に算出することが不能となる。この場合、何らの対策も講じられない場合には、温度依存性の高い酸素センサ１２による空燃比制御が継続できなくなる。
　そこで、本実施形態においては、センサヒータ１２ｂの抵抗値が読み取れなくなった場合の制御用温度Ｔｃｏｎの代替として使用する代替温度Ｔｓｕｂを準備する代替温度準備部５４が用いられる。
　ここで代替温度準備部５４は、排気脈動によるセンサ素子１２ａの電圧値ＶＨＧの波高のリーン側尖頭値４７ｖに対応する複数個の電圧値及びこれに対応する複数個の温度値を座標とした第３ルックアップテーブル５５と、電圧値ＶＨＧｃｏｎの波高のリッチ側尖頭値４６ｖに対応する複数個の電圧値及びこれに対応する複数個の温度値を座標とした第４ルックアップテーブル５６とを有しており、これら第３、第４ルックアップテーブル５５、５６は記憶部３４に記憶される。
　図１０を参照して、第３ルックアップテーブル５５は、前記グラフ３５（リーン側閾値ＬＲＥＦ）に対応するルックアップテーブルとはいわゆる逆関数の関係に設定されている。すなわちこの実施の形態において、第３ルックアップテーブル５５は、例えばリーン領域とストイキ領域との境界としての空気過剰率λを１．０２とし、この値となるような電圧値ＶＨＧ及び温度値Ｔを座標とした上記データマップ上の点を複数点求め、これら複数の点の間をそれぞれ線補間で結んだグラフで表現されるもので、複数の温度値を電圧値ＶＨＧ（検出値）についての複数の第２目盛値Ｇ２との対応関係を付けて示している。
　また、この実施の形態において、第４ルックアップテーブル５６は、例えば、ストイキ領域とリッチ領域との境界としての空気過剰率λを０．９８とし、この値となるような電圧値ＶＨＧ及び温度値Ｔを座標とした上記データマップ上の点を複数点求め、これら複数の点の間をそれぞれ線補間で結んだグラフで表現されるもので、複数の温度値を電圧値ＶＨＧ（検出値）についての複数の第２目盛値Ｇ２との対応関係を付けて示している。
　このような代替温度準備部５４において、例えば、センサ素子１２ａの電圧値ＶＨＧの波高のリーン側尖頭値４７ｖ（図７参照）が、３．０ｖｏｌｔであるとすれば、図１０に示すように、第３ルックアップテーブル５５により、対応する代替温度値Ｔｓｕｂは６５０ｄｅｇＣとなることがわかる。すなわち、代替温度準備部５４は、リーン側尖頭値４７ｖに基づき、第３ルックアップテーブルを用いて代替温度Ｔｓｕｂを求め、これを制御用温度Ｔｃｏｎの代替温度として準備することができる。
　同様にして、例えば、センサ素子１２ａの電圧値ＶＨＧの波高のリッチ側尖頭値４６ｖ（図７参照）が１．０ｖｏｌｔであるとすれば、図１０に示すように、第４ルックアップテーブル５６により、代替温度値Ｔｓｕｂは４００ｄｅｇＣであることがわかる。すなわち、代替温度準備部５４は、第４ルックアップテーブルを用いて代替温度Ｔｓｕｂを求め、これを制御用温度Ｔｃｏｎの代替温度として準備することができる。斯くして、何らかの外的要因で センサヒータ１２ｂからの信号線が断線した場合であっても、制御用温度Ｔｃｏｎの代替温度として代替温度Ｔｓｕｂを求めて温度依存性の高い酸素センサ１２による空燃比制御を継続させることが可能となる。
　ところで、上述のように、センサヒータ１２ｂからの信号線が断線等した場合に、代替温度準備部５４でのセンサ素子１２ａの代替温度の準備は、センサ素子１２ａの電圧値ＶＨＧの波高の尖頭値を確認することによって行われる。この場合、この代替温度Ｔｓｕｂとセンサ素子１２ａの電圧値ＶＨＧとの相互の時系列を調停することが難しくなることから、代替温度Ｔｓｕｂと電圧値算出部２４からの電圧値ＶＨＧから求められる空気過剰率λは、即時性（リアルタイム性）においてあいまいさを含む、検出遅れの大きい値となる。これは、空気過剰率λに対する偏差の変化量（微分項）に基づくＰＤ・ＰＩＤ制御の精度が大きく低下するおそれがあることを意味する。
　そこで、本実施形態では、センサヒータ１２ｂ断線等の故障時には、ＰＤ・ＰＩＤ制御は行わずに、微分項を含まない制御法であるＰＩ制御のみによる限定された制御が行われる。
　図３に注目して、該図３の過剰率算出処理では、センサヒータ抵抗を読み取る際にセンサヒータ１２ｂの断線状態が検出される場合、代替温度準備部５４が実行される（ステップＳ２Ｂ）。代替温度準備部５４では、上述したようにリーン側尖頭値４７ｖまたはリッチ側閾値４６ｖから代替温度Ｔｓｕｂが求められる。
　次に、限界閾値設定部３３が実行される（ステップＳ２Ｂ）。限界閾値設定部３３では、代替温度値Ｔｓｕｂに基づき、図５のグラフ３５、３６に対応する第１、第２ルックアップテーブルを用いて、リーン側閾値ＬＲＥＦ及びリッチ側閾値ＲＲＥＦを設定する。ステップＳ３Ｂにおいて、電圧算出部２４から得られた電圧値ＶＨＧを電圧差確認部４３で得られたる偏差ＶＤにより補正して、制御用の電圧値（検出値）ＶＨＧｃｏｎを設定する。次に、ステップＳ４Ｂにおいては、代替温度Ｔｓｕｂ及びステップＳ３Ｂで取得した電圧値ＶＨＧｃｏｎに基づき上述のデータマップ（図５）が走査され、データＬＤが取得される。続くステップＳ６においてフラグＦ＿ＤＥＴＥＣＴをゼロに設定しつつステップＳ１６に進み、上記データＬＤの値を空気率過剰率λ値ＬＡＭＢＤＡとして設定する。斯くして、センサヒータ１２ｂ断線等の故障時における図３の過剰率算出処理を終了する。
　また、上記活性判断部５３及び制御部選択部５１は、ＥＣＵ１５におけるオンボード診断により、チタニア型の酸素センサ１２のセンサヒータ１２ｂと温度算出部２３との間の信号線が断線又は短絡していると診断された場合に、代替温度Ｔｓｕｂが、前記第１温度ｔ１よりも高くかつ前記第４温度ｔ４よりも低いときに、故障時ＰＩ制御部５９を介したフィードバック制御の実行のみを許容する故障時活性判断部を有している。換言すると、活性判断部５３及び制御部選択部５１は、センサヒータ１２ｂと温度算出部２３との間の信号線が断線又は短絡していると診断された場合には、ＰＤ・ＰＩＤ制御を許可しないように構成されている。
　而して、故障時ＰＩ制御部５９は、代替温度Ｔｓｕｂに応じて求めた空気過剰率・ニ目標空気過剰率・モ高рニの偏差及び偏差の積分に基づいてフィードバック係数ｋを算出し、これにより、ＰＩ制御による空気過剰率λのフィードバック制御を行うことができる。したがって、センサヒータ１２ｂと温度算出部２３との間の信号線が断線又は短絡していると診断された場合においても、適切なフィードバック制御が続行される 。
　以上のように、本実施形態によれば、酸素センサ１２のセンサ素子１２ａの温度が低すぎる第１温度ｔ１以下であるか又は高すぎる第４温度ｔ４以上の場合には、フィードバック制御を行なわず、制御用温度が第２温度ｔ２よりも低いか又は第３温度ｔ３よりも高いときにはＰＩ制御を行い、酸素センサ１２のセンサ素子１２ａの温度が第２温度ｔ２よりも高くかつ第３温度ｔ３よりも低いときには、ＰＤ・ＰＩＤ制御部４９を行うので、フィードバック制御の作動温度範囲を実質的に広げて可用性を向上させ、排気浄化性能を高めることができる。
　また、較正された第１～第４ルックアップテーブルに基づき、電圧算出部２４からの電圧値ＶＨＧの尖頭値に対応する温度を求め、求めた温度を過剰率算出部２５で使用する制御用温度Ｔｃｏｎの代替温度Ｔｓｕｂとして準備するので、酸素センサ１２のセンサヒータ１２ｂから信号線が断線等してセンサヒータ１２ｂの温度を温度算出部２３が正しく算出できない場合でも、準備された代替温度Ｔｓｕｂを使用して空気過剰率λのフィードバック制御を継続することができる。
　また、酸素センサ１２のセンサヒータ１２ｂと温度算出部２３との間の信号線が断線又は短絡していると診断された場合には、ＰＤ・ＰＩＤ制御は行わずに、微分項を含まない制御法であるＰＩ制御のみによる限定された制御を行う上述の故障時ＰＩ制御部５９を設けているので、ヒータ部の故障時においても、空気過剰率のフィードバック制御を行うことができる。
　以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行うことが可能である。
　例えば、上述の実施の形態では、データマップ及び第１、第２ルックアップテーブルの複数の第１目盛値Ｇ１、及び、第１、第２、第３、第４温度ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４にそれぞれ第１較正倍率値Ｃ１を乗じる（式（６ａ）、式（６ｂ））ことにより較正するものであったが、本発明はこれに限定されない。例えば、温度値に上記第１較正倍率値Ｃ１の逆数を乗じる構成であってもデータマップ及びルックアップテーブルを実質的に拡大又は縮小することが可能であり、このとき、記憶部３４に記憶されている複数の第１目盛値Ｇ１の較正前の値又は複数の第１～第４温度設定値をＴｋ（摂氏温度）、較正後の制御用第１目盛値または較正後の第１、第２、第３、第４温度ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４をＴｋｃａｌ、温度算出部２３からの温度値Ｔ又は代替温度準備部５４からの代替温度ＴｓｕｂをＴｅｍｐとした場合に、Ｔｋｃａｌ及び制御用の温度値Ｔｃｏｎ（摂氏温度）は、次式（６ｃ）により求めることができる。
　　Tkcal=Tk
　　Tcon=(Temp+TD+273.15)×(1/C1)-273.15　　　　　　（６ｃ）
　上述の式（６ｃ）を用いる構成であっても、実際に計測した電圧値（検出値）ＶＨＧｃｏｎの波高値がリッチ側及びリーン側閾値に合致する（波高の尖頭が閾値に重なる）ように較正して正確な空気過剰率を算出し、適切な空燃比フィードバック制御を行うことができる。
　また、上述の実施の形態では、温度Ｔｃｏｎを設定するための基準値Ｔｒｅｆを、冷却水温センサ１７により得られるエンジン温度に吸気温センサ８により得られる吸気温度を加えて２で除する｛Ｔｒｅｆ＝（エンジン温度＋吸気温度）÷２｝ことにより設定しているが、これに限定されることなく、例えば、冷却水温センサ１７により得られるエンジン温度又は吸気温センサ８により得られる吸気温度のいずれか一方のみから温度Ｔｃｏｎを設定するための基準値Ｔｒｅｆを算出するようにしてもよい。
　１：機関本体、２：吸気管、３：スロットル弁、４：エアクリーナ、５：スロットルセンサ、６：燃料噴射弁、７：吸気圧センサ、８：吸気温センサ、９：ピストン、１０：排気管、１１：触媒、１２：酸素センサ、１２ａ：センサ素子（検出部）、１２ｂ：センサヒータ、１３：点火プラグ、１４：点火装置、１５：ＥＣＵ（電子制御ユニット）、１７：冷却水温センサ、１８：クランク軸、１９：クランク角度センサ、１９ａ：ロータ、１９ｂ：ピックアップ、２０：大気圧センサ、２２：ヒータ制御器、２３：温度算出部、２４：電圧算出部、２５：過剰率算出部、２６：代替値演算部、２７：回転速度演算部、２８：目標値演算部、２９：基本噴射量演算部、３０：フィードバック係数演算部、３１：噴射量演算部、３２：トルク演算部、３３：限界閾値設定部、３４：記憶部、３５～３８、３５ｂ、３６ｂ、３５ｃ、３６ｃ、３５ｄ、３６ｄ、３５ｅ、３６ｅ：グラフ、４０：特性点検部、４１：較正部、４２：温度差確認部、４３：電圧差確認部、４４：電圧波形、４５：空燃比波形、４６：リッチ側尖頭、４７：リーン側尖頭、４６ｖ、４７ｖ：尖頭値、４８：フィードバック制御部、４９：ＰＤ・ＰＩＤ制御部、５０：ＰＩ制御部、５１：制御部選択部、５２：温度記憶部、５３：活性判断部、５４：代替温度準備部、５５～５６：グラフ、５９：故障時ＰＩ制御部。

Claims (3)

  1. 　排気脈動を有する内燃機関の排気に接するように設けられ、前記排気のストイキメトリック近傍の酸素濃度において検出部の抵抗値がステップ状に変化する検出部と、該検出部に隣接するヒータ部とを有するチタニア酸素センサを備える内燃機関の空燃比制御装置であって、
    　前記内燃機関の作動状態に基づき空気過剰率に係る制御目標値を設定する目標値設定部と、
    　前記ヒータ部の抵抗値に基づいて前記検出部の制御用の温度である制御用温度を求める検出部温度推定部と、
    　前記検出部の抵抗値を読み取って該検出部の制御用の検出値である制御用検出値を求める検出値読取部と、
    　前記制御用検出値及び前記制御用温度から前記空気過剰率を算出して該空気過剰率と前記制御目標値との偏差を求め、該偏差及び該偏差の微分、又は該偏差、該偏差の積分及び該偏差の微分を要素として前記空気過剰率をフィードバック制御するＰＤ・ＰＩＤ制御部と、
    　前記空気過剰率と前記制御目標値との偏差及び該偏差の積分を要素として前記空気過剰率をフィードバック制御するＰＩ制御部と、
    　前記フィードバック制御に、前記ＰＩ制御部又は前記ＰＤ・ＰＩＤ制御部のいずれを使用するかを選択する制御部選択部と、
    　前記制御用温度に関する低い方から第１、第２、第３、及び第４の少なくとも４つの温度を記憶する温度記憶部と、
    　前記制御用温度が、前記第１温度よりも高くかつ前記第４温度よりも低いときに、前記ＰＩ制御部又は前記ＰＤ・ＰＩＤ制御部を介した前記フィードバック制御の実行を許容する活性判断部とを備え、
    　前記活性判断部が前記フィードバック制御の実行を許容する場合、前記制御部選択部は、前記制御用温度が、前記第２温度よりも高くかつ前記第３温度よりも低いときには、前記ＰＤ・ＰＩＤ制御を選択し、前記制御用温度が第２温度よりも低いか又は前記第３温度よりも高いときには、前記ＰＩ制御部を選択するものであることを特徴とする空燃比制御装置。
  2. 　前記排気脈動による前記検出部の検出値の波高の尖頭値がリッチ領域、ストイキ領域又はリーン領域の何れの空燃比領域に該当するかを判別するためのリーン側閾値及びリッチ側閾値のそれぞれを、前記検出部の温度に係る第１目盛値に対応付けた第１、第２ルックアップテーブル、及び、前記検出部の検出値に係る第２目盛値にそれぞれ対応付けた第３、第４ルックアップテーブルを記憶するテーブル記憶部と、
    　前記尖頭値に基づき、前記第１～第４ルックアップテーブルにおける前記対応付けを補正して、前記第１～第４ルックアップテーブルを較正する較正部と、
    　前記較正された第３又は第４ルックアップテーブルに基づき、前記尖頭値に対応する温度を求め、求めた温度を前記制御用温度の代替温度として準備する代替温度準備部とを備えることを特徴とする請求項１に記載の空燃比制御装置。
  3. 　オンボード診断により、前記チタニア酸素センサにおけるヒータ部と前記検出部温度推定部との間の信号線が断線又は短絡していると診断された場合に、前記制御用検出値及び前記代替温度から前記空気過剰率を算出して該空気過剰率と前記制御目標値との偏差を求め、前記空気過剰率と前記制御目標値との偏差及び該偏差の積分を要素として前記空気過剰率のフィードバック制御を行う故障時ＰＩ制御部と、
    　前記代替温度が前記第１温度よりも高くかつ前記第４温度よりも低いときには、前記故障時ＰＩ制御部を介した前記フィードバック制御の実行を許容する故障時活性判断部とを備えることを特徴とする請求項２に記載の空燃比制御装置。
     
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