JP2008138569A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関停止中に空燃比センサに吸着された排気ガス成分が空燃比センサ出力に対して与える影響を考慮しつつ、内燃機関始動時のエミッション特性の悪化を抑制することが可能な空燃比制御装置を提供する。
【解決手段】高温始動時には、空燃比センサのアドミタンス値Asが基準値A1となる半活性状態判定時刻ｔ２以降において、空燃比センサ出力を用いた空燃比Ｆ／Ｂ制御が実行される。低温始動時には、時刻ｔ２において実空燃比からの空燃比センサ出力ずれが収束していないため、アドミタンス値Asが基準値A2となる本活性状態判定時刻ｔ３までは、空燃比出力がストイキにマスクされる。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関の空燃比制御装置に係り、特に、内燃機関始動時の空燃比フィードバック制御に関する。

内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化触媒（以下「触媒」という。）は、触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比近傍であるときに、高い浄化能力を発揮する。よって、かかる高い浄化能力を実現するために、触媒上流に空燃比センサを設け、この空燃比センサにより検出される排気空燃比が目標空燃比である理論空燃比となるように、燃料噴射量が補正されている。すなわち、空燃比フィードバック制御（以下「空燃比Ｆ／Ｂ制御」とする。）が行われている。

また、内燃機関始動時に良好な排気エミッションを早期に実現するため、上記空燃比Ｆ／Ｂ制御を早期に開始する装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この装置によれば、空燃比センサが本活性状態となる前に、素子インピーダンスが所定範囲内であって、目標空燃比と空燃比センサ出力との偏差が所定値以上である場合に、半活性状態が判定されている。そして、この半活性状態の判定後に、空燃比Ｆ／Ｂ制御が開始される。

特開平１０−２８８０７５号公報 特開２００２−７１６３３号公報 特開２００６−１１９３１１号公報

ところで、内燃機関を停止してから長期間放置されると、空燃比センサの電極部への吸着物（排気ガス成分）の量が著しく増加してしまう。該吸着物の影響によって、内燃機関停止から長期間経過した後に内燃機関を始動する場合（低温始動時）には、空燃比センサが半活性状態であると判定された後においてもセンサ出力がずれてしまう可能性がある。このため、内燃機関始動時に上記特許文献１のように半活性状態判定後に空燃比Ｆ／Ｂ制御を開始すると、かえってエミッションが悪化するおそれがある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、内燃機関停止中に空燃比センサに吸着された排気ガス成分が空燃比センサ出力に対して与える影響を考慮しつつ、内燃機関始動時のエミッション特性の悪化を抑制することが可能な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、空燃比センサ出力に基づいて内燃機関の空燃比をフィードバック制御する内燃機関の空燃比制御装置であって、
前記内燃機関の排気系に設けられた空燃比センサと、
前記空燃比センサの活性状態と相関を有する物理量に基づいて、前記空燃比センサの本活性状態を判定する本活性判定手段と、
前記物理量に基づいて、前記空燃比センサが本活性状態となる前の半活性状態を判定する半活性判定手段と、
前記半活性状態の判定がなされた後の空燃比センサ出力に対して、内燃機関停止中に前記空燃比センサに吸着されたガス成分の影響が有るか否かを推定する影響推定手段と、
前記影響推定手段により前記ガス成分の影響が有ると推定された場合には、内燃機関始動後から前記本活性状態の判定までは、前記空燃比センサ出力を理論空燃比にマスクするマスク手段とを備えたことを特徴とする。
この物理量として、空燃比センサのアドミタンス値やインピーダンス値を用いることができる。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記影響推定手段は、内燃機関停止から始動開始までの期間が基準値以上である場合、または、前記内燃機関の水温もしくは油温が基準値よりも小さい場合に、前記ガス成分の影響が有ると推定することを特徴とする。

第１の発明によれば、半活性状態判定後の空燃比センサ出力に対して、内燃機関停止中に空燃比センサに吸着されたガス成分の影響が有るか否かが推定される。これにより、半活性状態判定後の空燃比センサ出力が、吸着ガス成分の影響によって実空燃比から大きくずれるか否かが判断される。吸着ガス成分の影響が有ると推定される場合には、内燃機関始動後から空燃比出力が安定する本活性状態判定までの期間は、空燃比センサ出力が理論空燃比にマスクされる。これにより、半活性状態の判定がなされた後に、吸着ガス成分の影響によって実空燃比から大きくずれた空燃比センサ出力を用いて、空燃比フィードバック制御を行うことが禁止される。従って、内燃機関始動時のエミッション特性の悪化を抑制することができる。

第２の発明によれば、内燃機関停止から始動開始までの期間が基準値以上である場合、または、前記内燃機関の水温もしくは油温が基準値よりも小さい場合に、半活性状態検出後の空燃比センサ出力に対してガス成分の影響が有ると推定される。よって、かかる推定を精度良く行うことができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態のシステム構成を説明するための図である。本実施の形態のシステムは、内燃機関（以下「エンジン」ともいう。）１を備えている。内燃機関１は複数の気筒２を有しているが、図１には、そのうちの１気筒のみを示している。

内燃機関１は、内部にピストン４を有するシリンダブロック６を備えている。シリンダブロック６には、内燃機関１の冷却水温Twを検出する冷却水温センサ８が設けられている。ピストン４は、クランク機構を介してクランクシャフト１０と接続されている。クランクシャフト１０の近傍には、クランク角センサ１２が設けられている。クランク角センサ１２は、クランクシャフト１０の回転角度（以下「クランク角」という。）CAを検出するように構成されている。

シリンダブロック６の上部にはシリンダヘッド１４が組み付けられている。ピストン４上面からシリンダヘッド１４までの空間は燃焼室１６を形成している。シリンダヘッド１４には、燃焼室１６内の混合気に点火する点火プラグ１８が設けられている。

シリンダヘッド１４は、燃焼室１６と連通する吸気ポート２０を備えている。この吸気ポート２０と燃焼室１６との接続部には吸気バルブ２２が設けられている。吸気ポート２０には、吸気通路２４が接続されている。吸気通路２４には、吸気ポート２０の近傍に燃料を噴射するインジェクタ２６が設けられている。

インジェクタ２６の上流にはスロットルバルブ２８が設けられている。スロットルバルブ２８は、スロットルモータ３０により駆動される電子制御式のバルブである。スロットルバルブ２８は、アクセル開度センサ３２により検出されるアクセル開度AAに基づいて駆動されるものである。スロットルバルブ２８の近傍にはスロットル開度を検出するスロットル開度センサ３４が設けられている。

スロットルバルブ２８の上流には、熱線式のエアフロメータ３６が設けられている。エアフロメータ３６は吸入空気量Gaを検出するように構成されている。エアフロメータ３６の上流にはエアクリーナ３８が設けられている。

また、シリンダヘッド１４は、燃焼室１６と連通する排気ポート４０を備えている。排気ポート４０と燃焼室１６との接続部には排気バルブ４２が設けられている。排気ポート４０には排気通路４４が接続されている。排気通路４４には、排気ガスを浄化する排気浄化触媒（以下「触媒」という。）４６が設けられている。触媒４６の上流には、臨界電流式の空燃比センサ４８が設けられている。この空燃比センサ４８は、図２に示すような積層側センサ素子部５０を有している。

図２は、空燃比センサ４８のセンサ素子部５０を示す断面図である。センサ素子部５０は、検出素子５１としての固体電解質層を有している。固体電解質層５１は、部分安定化ジルコニアよりなり、酸素イオン導電性を有する。固体電解質層５１の一面には、計測電極５２が設けられている。また、固体電解質層５１の他面には、大気側電極（「基準ガス側電極」ともいう。）５３が設けられている。これらの計測電極５２及び大気側電極５３は、ともに白金等よりなり、リード５８ａ，５８ｂを介して後述のＥＣＵ６０にそれぞれ接続されている。

また、固体電解質層５１の一面には、多孔質拡散抵抗層５４が形成されている。多孔質拡散抵抗層５４は、計測電極５２を覆い、かつ、該計測電極５２に排気ガスを導入するためのガス透過層５４ａと、排気ガスの透過を抑制するガス遮断層５４ｂとを有している。これらのガス透過層５４ａ及びガス遮断層５４ｂは、アルミナやジルコニア等のセラミックスよりなり、平均孔径や気孔率が互いに相違している。

固体電解質層５１の他面には、大気導入ダクト５５が形成されている。大気導入ダクト５５は、上部に大気室（「基準ガス室」ともいう。）５６を有している。この大気室５６内に上記大気側電極５３が配置されている。大気導入ダクト５５は、アルミナ等の高熱伝導性セラミックスよりなる。大気導入ダクト５５の下面には、ヒータ５７が設けられている。ヒータ５７は、通電により発熱する複数の発熱体５７ａと、該発熱体５７ａを覆う絶縁層５７ｂとを有している。発熱体５７ａは、リード５８ｃを介してＥＣＵ６０に接続されている。

このような構成を有するセンサ素子部５０は、酸素濃度を直線的特性にて検出することができ、酸素濃度に応じた臨界電流をＥＣＵ６０に出力し得る。この空燃比センサ出力（臨界電流）は、排気空燃比と相関を有している。具体的には、排気空燃比がリーン側になるほど臨界電流は増大し、排気空燃比がリッチ側になるほど臨界電流は減少する。

また、本実施の形態のシステムは、制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）６０を備えている。ＥＣＵ６０の出力側には、点火プラグ１８、インジェクタ２６、スロットルモータ３０等が接続されている。ＥＣＵ６０の入力側には、冷却水温センサ８、クランク角センサ１２、アクセル開度センサ３２、スロットル開度センサ３４、エアフロメータ３６、空燃比センサ４８等が接続されている。

ＥＣＵ６０は、クランク角センサ１２の出力に基づいて、機関回転数NEを算出する。また、ＥＣＵ６０は、アクセル開度センサ３２により検出されるアクセル開度AA等に基づいて、機関負荷KLを算出する。ＥＣＵ６０は、機関回転数NEや機関負荷KL等に基づいて、燃料噴射量を決定する。

［実施の形態の特徴］
上記システムにおける触媒４６は、触媒流入ガスの空燃比が理論空燃比近傍であるときに、高い浄化能力を発揮する。そこで、かかる高い浄化能力を実現するべく、空燃比センサ４８により検出される空燃比に基づいて、インジェクタ２６からの燃料噴射量を補正する空燃比Ｆ／Ｂ制御が行われている。

ところで、既述した特許文献１によれば、空燃比センサの出力が安定する本活性となる前に、目標空燃比と空燃比センサ出力との偏差等に基づいて半活性判定が行われている。そして、この半活性判定が行われた後に、空燃比Ｆ／Ｂ制御が開始されている。そうすると、早期に空燃比Ｆ／Ｂ制御を開始することができるため、良好な排気エミッションを実現することができる。

しかし、内燃機関停止後は、空燃比センサ素子部５０の計測電極５２に排気ガス成分（Ｈ_２ＯやＯ_２）が吸着する。後述するように、内燃機関が停止してからの経過期間が長いほど、排気ガス成分の吸着量も多くなる。

内燃機関停止後短時間で内燃機関を始動する場合（すなわち、高温始動時）には、半活性判定後であれば、空燃比センサ出力がある程度安定している。すなわち、半活性判定後の空燃比センサ出力の実空燃比からのずれは小さい。よって、上記のように半活性判定後に空燃比Ｆ／Ｂ制御を開始しても、エミッション特性の悪化は招来しない。

ところが、内燃機関停止後長期間経過した状態で内燃機関を始動する場合（すなわち、低温始動時）には、上記のように半活性判定後であっても、空燃比センサ出力が安定しない場合が多い。すなわち、低温始動時には、計測電極５２に吸着された排気ガス成分の影響により、半活性判定後であっても空燃比センサ出力が実空燃比から大きくずれてしまう可能性がある。よって、半活性判定後に空燃比Ｆ／Ｂ制御を即座に開始すると、かえってエミッション特性が悪化する事態が生じ得る。

図３は、内燃機関の低温始動時と高温始動時とにおける空燃比センサ出力の変化を説明するためのタイミングチャートである。詳細には、図３（Ａ）は、高温始動時における空燃比センサ出力の変化を示す図であり、図３（Ｂ）は、低温始動時における空燃比センサ出力の変化を示す図であり、図３（Ｃ）は、空燃比センサ４８の検出素子５１のアドミタンス値Asの変化を示す図である。なお、図示しないが、実空燃比は一定であるとする。

ここで、アドミタンス値Asは、いわゆる掃引法を用いて検出することができる。つまり、ＥＣＵ６０から両電極５２，５３に印加される電圧を、正または負側に瞬間的（例えば、数10〜100μsec）に切り替える。このときの電流変化量を電圧変化量で除することにより、アドミタンス値Asを求めることができる。

また、高温始動時とは、例えば、前回の内燃機関停止から始動開始までの期間が１日以内である場合である。また、低温始動時とは、例えば、前回の内燃機関停止から始動開始までの期間が１日以上である場合である。

時刻ｔ０において内燃機関１が始動されると、空燃比センサ素子部５０の発熱体５７ａへの通電が開始される。このため、検出素子５１の温度（以下「素子温度」という。）が上昇する。検出素子５１のアドミタンス値Asは、素子温度に対して比例関係を有しており、検出素子５１の活性状態と相関を有する。かかる素子温度の上昇に伴い、図３（Ｃ）に示すように、アドミタンス値Asも上昇する。

検出素子５１の暖気過程での時刻ｔ１において、実空燃比がストイキ近傍で一定であるにも関わらず、空燃比センサ出力が変化し始める。すなわち、実空燃比に対する空燃比センサ出力のずれが生じる。この空燃比センサ出力ずれは、内燃機関停止中に計測電極５２に吸着された排気ガス成分に起因するものである。

ここで、計測電極５２への排気ガス成分の吸着量は、内燃機関停止後の放置期間が長くなるほど多くなる。そして、この吸着量が多いほど、実空燃比からの空燃比センサ出力のずれ量が大きくなり、かかる出力ずれが生じる期間も長くなる。

高温始動時には、計測電極５２への排気ガス成分の吸着量が少ない。このため、図３（Ａ）に示すように、実空燃比からの空燃比センサ出力のずれ量が小さく、その期間も短い。よって、検出素子５１のアドミタンス値Asが基準値A1となる（すなわち、検出素子５１が半活性状態であると判定される）時刻ｔ２において、空燃比センサ出力のずれはほとんど収束している。

一方、低温始動時には、計測電極５２への排気ガス成分の吸着量が多い。このため、図３（Ｂ）に示すように、上記高温始動時に比してセンサ出力ずれ量が大きく、その期間も長い。よって、検出素子５１が半活性状態と判定される時刻ｔ２においても、センサ出力ずれは収束していない。このような場合に、時刻ｔ２以降に空燃比センサ出力を用いてＦ／Ｂ制御を実行すると、つまり、実空燃比からのずれが大きい空燃比センサ出力を用いて早期にＦ／Ｂ制御を開始すると、かえってエミッション特性の悪化を招来する可能性がある。

そこで、本実施の形態では、検出素子５１の半活性状態検出後の空燃比センサ出力に対して、内燃機関停止中に空燃比センサに吸着された排気ガス成分の影響が有るか否かを推定する。すなわち、該排気ガス成分の影響で、半活性状態検出後の空燃比センサ出力が実空燃比に対して大きくずれるか否かを推定する。
そして、該排気ガス成分の影響が有ると推定される場合（低温始動時）には、検出素子５１の出力が安定する本活性状態と判定される時刻ｔ３までは、空燃比センサ出力Asを理論空燃比（ストイキ）にマスクし、Ｆ／Ｂ制御を禁止する。

図４は、本実施の形態において実行される空燃比センサ出力のマスク処理を説明するためのタイミングチャートである。詳細には、図４（Ａ）は、実空燃比を示す図であり、図４（Ｂ）は、高温始動時の空燃比センサ出力の変化を示す図であり、図４（Ｃ）は、低温始動時の空燃比センサ出力の変化を示す図であり、図４（Ｄ）は、空燃比センサ４８の素子温度Tsの変化を示す図である。

また、図４（Ｅ）は、アドミタンス値Asの変化を示す図であり、図４（Ｆ）は、半活性フラグの状態を示す図であり、図４（Ｇ）は、本活性フラグの状態を示す図であり、図４（Ｈ）は、ヒータデューティ比の変化を示す図である。

時刻ｔ０において内燃機関１が始動されると、図４（Ｈ）に示すように、センサデューティ比１００％で発熱体５７ａへの通電が開始される。センサデューティ比は、素子温度Tsもしくはアドミタンス値Asに基づいてＰＩＤ制御等の制御がなされる。かかる通電により、図４（Ｄ）に示すように、素子温度Tsが上昇する。上述したように、検出素子５１のアドミタンス値Asは、素子温度Tsに比例する。このため、素子温度Tsの上昇に比例して、図４（Ｅ）に示すように、アドミタンス値Asも上昇する。

検出素子５１の暖気過程の時刻ｔ１において、図４（Ａ）に示すように実空燃比がストイキ近傍で一定であるにも関わらず、空燃比センサ出力が変化し始める。すなわち、実空燃比に対する空燃比センサ出力のずれが生じる。このずれは、高温始動時と低温始動時のいずれにおいても生じており、内燃機関停止中に計測電極５２に吸着された排気ガス成分に起因する。よって、高温始動時と低温始動時のいずれにおいても、始動時刻t1から空燃比センサ出力がストイキ(14.6)にマスクされる。

ここで、計測電極５２への排気ガス成分の吸着量は、内燃機関停止後の放置期間が長くなるほど多くなる。そして、この排気ガス成分の吸着量が多いほど、上記暖機過程における空燃比センサ出力のずれ量が大きくなり、その期間も長くなる。

排気ガス成分の吸着量が少ない高温始動時には、図４（Ｂ）において細実線で示すように、実空燃比からの空燃比センサ出力のずれ量が小さく、その期間も短い。このため、検出素子５１のアドミタンス値Asが基準値A1に達する時刻ｔ２、すなわち、素子温度Tsが基準値T1（例えば、450℃）に達することで検出素子５１が半活性状態と判定される時刻ｔ２において、空燃比センサ出力のずれはほとんど収束している。

よって、かかる高温始動時には、図４（Ｂ）において太実線で示すように、時刻ｔ０から時刻ｔ２までの期間で、空燃比センサ出力がストイキにマスクされる。そして、時刻ｔ２以降は、空燃比センサ出力を用いて空燃比Ｆ／Ｂ制御が早期に実行される。

一方、排気ガス成分の吸着量が多い低温始動時には、図４（Ｃ）において細実線で示すように、上記高温始動時に比して空燃比センサ出力のずれ量が大きく、その期間も長い。このため、半活性状態が判定される時刻ｔ２においても、空燃比センサ出力のずれは収束していない。

そこで、かかる低温始動時には、半活性状態が判定された時刻ｔ２となっても、即座に空燃比Ｆ／Ｂ制御を開始するのではなく、空燃比センサ出力をストイキにマスクしたままとする。低温始動時の空燃比センサ出力のずれは、図４（Ｃ）において細実線で示すように、アドミタンス値Asが基準値A2に達する時刻ｔ３、すなわち、素子温度Tsが基準値T2（例えば、650℃）に達することで検出素子５１が本活性状態であると判定される時刻ｔ３において、ほとんど収束している。

よって、低温始動時には、図４（Ｃ）において太実線で示すように、時刻ｔ０から時刻ｔ３までの期間で、空燃比センサ出力がストイキにマスクされる。そして、時刻ｔ３以降は、空燃比センサ出力Asを用いてＦ／Ｂ制御が実行される。

その後の時刻ｔ４において、素子温度Tsが目標温度Ttgt（例えば、750℃）に達する。このとき、素子温度Ttgtに対して比例関係を有するアドミタンス値Asも、目標アドミタンス値Atgtに達することとなる。

［実施の形態における具体的処理］
図５は、本実施の形態において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。
図５に示すルーチンによれば、先ず、空燃比センサ４８に異常が無いか判別する（ステップ１００）。このステップ１００では、センサ素子部５０の割れや、ワイヤ５８ａ，５８ｂ，５８ｃ等の断線が起こっていないか否かが判別される。このステップ１００で空燃比センサ４８に異常が有ると判別された場合には、センサ異常フラグを“１”にセットする（ステップ１０２）。このようにセンサ異常フラグが“１”にセットされると、例えば、車内に設けられた警告ランプ（図示せず）が点灯する。これにより、車両運転者は、センサ異常を認識することができる。

その後、空燃比センサ出力をストイキにマスクする（ステップ１０４）。これにより、空燃比Ｆ／Ｂ制御の実行が禁止される。その後、半活性フラグを“０”にセットする（ステップ１０６）。そして、本活性フラグを“０”にセットした後、本ルーチンを一旦終了する。

一方、上記ステップ１００で空燃比センサ４８に異常が無いと判別された場合には、空燃比センサ４８のアドミタンス値Asを読み込む（ステップ１１０）。このアドミタンス値Asは、上述した掃引法により求めることができる。また、アドミタンス値Asは、図４（Ｄ），（Ｅ）に示したように、空燃比センサ４８の素子温度Tsに対して比例関係を有しており、検出素子５１の活性状態と相関を有している。

次に、上記ステップ１１０で読み込まれたアドミタンス値Asが基準値A1よりも小さいか否かを判別する（ステップ１１２）。この基準値A1は、検出素子５１が半活性状態となっているか否かを判別するためのアドミタンス値である。このステップ１１２でアドミタンス値Asが基準値A1よりも小さいと判別された場合には、すなわち、検出素子５１が半活性状態となっていないと判別された場合には、低温始動時と高温始動時に関わらず、空燃比センサ出力Asをストイキにマスクする（ステップ１０４）。これにより、空燃比センサ出力を用いた空燃比Ｆ／Ｂ制御が禁止される。続いて、上記ステップ１０６、１０８の処理を順次実行する。その後、本ルーチンを一旦終了する。

次回以降本ルーチンが起動されると、上記ステップ１００，１１０，１１２の処理が順次実行される。上記ステップ１１２においてアドミタンス値Asが基準値A1以上であると判別された場合、つまり、検出素子５１が半活性状態であると判別された場合には、アドミタンス値Asが基準値A2よりも小さいか否かを判別する（ステップ１１４）。この基準値A2は、検出素子５１が本活性状態であると判定するためのアドミタンス値である。

上記ステップ１１４でアドミタンス値Asが基準値A2よりも小さいと判別された場合、すなわち、アドミタンス値Asが「A1≦As＜A2」の条件を満たす場合には、検出素子５１が半活性状態ではあるものの本活性状態にはなっていないと判断される。この場合、本活性フラグが“０”にセットされているか否かが判別される（ステップ１１６）。この活性フラグは、検出素子５１が本活性状態となったとき、すなわち、アドミタンス値Asが基準値A2に達したときに“１”にセットされるフラグである。

上記ステップ１１６で本活性フラグが“１”にセットされていると判別された場合、つまり、本活性フラグが“１”にセットされているにも関わらず、アドミタンス値Asが基準値A2よりも小さい場合には、何らかの影響で素子温度が下がってしまったと判断される。この場合、本活性フラグを“０”にセット（ステップ１０８）した後、本ルーチンを一旦終了する。これにより、ヒータデューティ比が増大され、素子温度Tsが上昇せしめられる。その結果、アドミタンス値Asが増大せしめられる。

一方、上記ステップ１１６で本活性フラグが“０”にセットされていると判別された場合には、半活性フラグが“０”にセットされているか否かを判別する（ステップ１１８）。このステップ１１８で半活性フラグが“０”にセットされていると判別された場合には、今回アドミタンス値Asが基準値A1に達したと判断される。この場合、半活性フラグを“１”にセットする（ステップ１２０）。

その後、今回の始動が低温始動時であるか否か、つまり、半活性状態判定後の空燃比センサ出力Asに対して吸着排気ガス成分の影響が有るか否かを判別する（ステップ１２２）。このステップ１２２では前回内燃機関を停止してから始動開始までの期間が基準値T1以上である場合に、低温始動時であると判別される。この基準値T1は、例えば、１日である。このステップ１２２で高温始動時であると判別された場合には、半活性状態判定後の空燃比センサ出力Asに対して吸着排気ガス成分の影響が無いと判断される。すなわち、半活性状態判定後の空燃比センサ出力ずれが許容範囲内であると判断される。この場合、空燃比センサ出力Asを用いて空燃比Ｆ／Ｂ制御が実行される（ステップ１２４）。

一方、上記ステップ１２２で低温始動時であると判別された場合には、半活性状態判定後の空燃比センサ出力Asに対して吸着排気ガス成分の影響が有ると判断される。すなわち、半活性状態判定後の空燃比センサ出力ずれが許容範囲を超えていると判断される。この場合、半活性状態の判定がなされているものの、図４（Ｃ）の時刻ｔ２〜時刻ｔ３のように、空燃比センサ出力Asをストイキにマスクする（ステップ１２６）。これにより、低温始動時には、半活性状態の判定後も空燃比Ｆ／Ｂ制御が禁止される。

また、素子温度Tsの上昇に伴いアドミタンス値Asが基準値A2以上であると判別された場合には、空燃比センサ出力が安定する本活性状態であると判定される。この場合、上記ステップ１１４において“ＮＯ”と判別され、本活性フラグが“１”にセットされる。その後、空燃比センサ出力を用いた空燃比Ｆ／Ｂ制御が実行される（ステップ１２４）。すなわち、本活性状態の判定後は、高温始動時だけでなく低温始動時においても空燃比Ｆ／Ｂ制御が実行される。

以上説明したように、本実施の形態によれば、半活性状態の検出がなされるまでは、低温始動時と高温始動時のいずれにおいても空燃比センサ出力がストイキにマスクされる。高温始動時に、半活性状態の検出がなされると、空燃比センサ出力を用いた空燃比Ｆ／Ｂ制御が実行される。

一方、低温始動時には、半活性状態の検出がなされても、本活性状態の検出がなされるまでは引き続きマスクされる。そして、本活性状態の検出がなされると、空燃比センサ出力を用いた空燃比Ｆ／Ｂ制御が実行される。よって、半活性状態検出後に実空燃比からのずれが大きい空燃比センサ出力を用いて空燃比Ｆ／Ｂ制御を開始することが禁止される。従って、内燃機関始動時のエミッション特性の悪化を抑制することができる。

ところで、本実施の形態では、前回の内燃機関停止から始動開始までの期間に基づいて低温始動時か否か、すなわち、半活性状態判定後の空燃比センサ出力Asに対して吸着排気ガス成分の影響が有るか否かを判別しているが、他の手法を用いることもできる。例えば、冷却水温Twまたは油温が基準値（例えば、５０℃）よりも低い場合には、半活性状態判定後の空燃比センサ出力Asに対して吸着排気ガス成分の影響が有ると推定することができる。そして、このように推定される場合は、低温始動時であると判別することができる。油温は、図示しない油温センサにより検出することができる。

また、本実施の形態では、アドミタンス値Asに基づいて半活性状態や本活性状態を判定しているが、検出素子５１のインピーダンス値[Ω]に基づいて半活性状態や本活性状態を判定するようにしてもよい。インピーダンス値は、アドミタンス値Asの逆数であり、検出素子５１の活性状態と相関を有している。このインピーダンス値は、電圧変化量を電流変化量で除することにより求めることができる。

尚、本実施の形態においては、内燃機関１が第１及び第２の発明における「内燃機関」に、空燃比センサ４８が第１の発明における「空燃比センサ」に、それぞれ相当する。また、本実施の形態１においては、ＥＣＵ６０が、ステップ１１４の処理を実行することにより第１の発明における「本活性判定手段」が、ステップ１１２の処理を実行することにより第１の発明における「半活性判定手段」が、ステップ１２２の処理を実行することにより第１及び第２の発明における「影響推定手段」が、ステップ１２６の処理を実行することにより第１の発明における「マスク手段」が、それぞれ実現されている。

本発明の実施の形態のシステム構成を説明するための図である。 空燃比センサ４８のセンサ素子部５０を示す断面図である。 内燃機関の低温始動時と高温始動時とにおける空燃比センサ出力の変化を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の実施の形態において実行される空燃比センサ出力のマスク処理を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の実施の形態において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関
４４ 排気通路
４６ 排気浄化触媒
４８ 空燃比センサ
５０ センサ素子部
５１ 検出素子（固体電解質層）
５２ 計測電極
５６ ヒータ
５６ａ 発熱体
６０ ＥＣＵ

Claims (2)

1. 空燃比センサ出力に基づいて内燃機関の空燃比をフィードバック制御する内燃機関の空燃比制御装置であって、
   前記内燃機関の排気系に設けられた空燃比センサと、
   前記空燃比センサの活性状態と相関を有する物理量に基づいて、前記空燃比センサの本活性状態を判定する本活性判定手段と、
   前記物理量に基づいて、前記空燃比センサが本活性状態となる前の半活性状態を判定する半活性判定手段と、
   前記半活性状態の判定がなされた後の空燃比センサ出力に対して、内燃機関停止中に前記空燃比センサに吸着されたガス成分の影響が有るか否かを推定する影響推定手段と、
   前記影響推定手段により前記ガス成分の影響が有ると推定された場合には、内燃機関始動後から前記本活性状態の判定までは、前記空燃比センサ出力を理論空燃比にマスクするマスク手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置において、
   前記影響推定手段は、内燃機関停止から始動開始までの期間が基準値以上である場合、または、前記内燃機関の水温もしくは油温が基準値よりも小さい場合に、前記ガス成分の影響が有ると推定することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。

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