WO2013076842A1 - 空燃比検出装置及び空燃比検出方法 - Google Patents

空燃比検出装置及び空燃比検出方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an air-fuel ratio detection device and an air-fuel ratio detection method. More specifically, the present invention relates to an air-fuel ratio detection device and an air-fuel ratio detection method for detecting an air-fuel ratio based on an output of an air-fuel ratio sensor installed downstream of a catalyst in an exhaust path of an internal combustion engine.
  • Patent Document 1 discloses a system in which air-fuel ratio sensors are respectively installed upstream and downstream of a catalyst in an exhaust path of an internal combustion engine. In this system, a feedback correction coefficient is calculated based on the outputs of the air-fuel ratio sensors upstream and downstream of the catalyst, and air-fuel ratio feedback control using this is performed.
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-248914 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-291893 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-002579 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-097334 Japanese Laid-Open Patent Publication No. 11-093744 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-010883
  • catalysts Due to recent exhaust gas regulations, etc., catalysts have high purification performance. Accordingly, the concentration of the component detected by the air-fuel ratio sensor in the exhaust gas flowing out downstream of the catalyst is very low. That is, the air-fuel ratio sensor arranged on the downstream side of the catalyst uses the air-fuel ratio of the exhaust gas having a very low concentration as a detection target. Therefore, in the downstream air-fuel ratio sensor, for example, even when a very small amount of oxygen leak occurs, it is conceivable that the output is greatly shifted due to the influence thereof.
  • the feedback correction coefficient is calculated based on the output of the air-fuel ratio sensor arranged before and after the catalyst as in the above prior art, if an output error occurs in the downstream air-fuel ratio sensor, the correction coefficient is correctly calculated. Therefore, the accuracy of the air-fuel ratio feedback control is lowered. In this respect, a system is desired in which the air-fuel ratio is detected more accurately from the output of the downstream air-fuel ratio sensor that detects a very low concentration gas.
  • An object of the present invention is to provide an improved air-fuel ratio detection apparatus and an air-fuel ratio detection method that are capable of more accurately detecting an air-fuel ratio based on the output of an air-fuel ratio sensor downstream of the catalyst. is there.
  • the present invention provides an air-fuel ratio detection apparatus according to the present invention, which is an output of a downstream sensor that is a limiting current type air-fuel ratio sensor installed downstream of a catalyst in an exhaust path of an internal combustion engine. And means for calculating the exhaust gas air-fuel ratio downstream of the catalyst according to the output of the downstream sensor.
  • the relationship between the output of the downstream sensor and the air-fuel ratio calculated by the calculating means is The correspondence between the output of the upstream sensor, which is the same sensor as the downstream sensor installed on the upstream side of the catalyst in the exhaust path, and the air-fuel ratio is shifted to the rich side.
  • the present invention detects the output of the downstream sensor, which is a limiting current type air-fuel ratio sensor installed downstream of the catalyst in the exhaust path of the internal combustion engine, and outputs the downstream sensor.
  • the air-fuel ratio detection method for calculating the air-fuel ratio of the exhaust gas downstream of the catalyst, and when the output of the downstream sensor is within a predetermined range including the output corresponding to the stoichiometric air-fuel ratio,
  • the relationship between the air-fuel ratio calculated in accordance with the output is the correspondence between the output of the upstream sensor, which is the same sensor as the downstream sensor installed upstream of the catalyst in the exhaust path of the internal combustion engine, and the air-fuel ratio. Therefore, it is shifted to the rich side.
  • the upstream sensor does not necessarily indicate an air-fuel ratio sensor upstream of the catalyst installed in the exhaust path of the same internal combustion engine. That is, the “correspondence between the output of the upstream sensor and the air-fuel ratio” may be, for example, the correspondence between the output and the air-fuel ratio when the downstream sensor is used upstream of the catalyst.
  • the output and air-fuel ratio used when calculating the air-fuel ratio from the output of the upstream sensor It may be a correspondence relationship.
  • the fact that the relationship between the output of the downstream sensor and the calculated air-fuel ratio has shifted to a richer side than the correspondence between the output of the upstream sensor and the air-fuel ratio means that according to the output of the downstream sensor
  • the calculated air-fuel ratio may be shifted so as to be a richer value than the air-fuel ratio corresponding to the output having the same value as the output in the correspondence relationship of the upstream sensor.
  • the relationship between the output of the downstream sensor and the calculated air-fuel ratio has shifted to a richer side than the correspondence relationship between the output of the upstream sensor and the air-fuel ratio, depending on the output of the downstream sensor.
  • the output value of the downstream sensor is greater than the output value of the upstream sensor. It may be shifted so as to have a lean value.
  • the air-fuel ratio detection apparatus of the present invention may further include means for detecting or estimating the temperature of the element portion of the downstream sensor.
  • the relationship between the output of the downstream sensor and the air-fuel ratio calculated based on the output is such that the temperature of the element unit is low when the temperature of the element unit is high. It is good also as what shifted
  • the relationship between the output of the downstream sensor and the calculated air-fuel ratio may be shifted so that it gradually becomes a richer value as the temperature of the element portion increases.
  • the temperature range is lower than that temperature range. It may be a stepwise one that is shifted to the rich side as compared with the case where it is in the temperature region.
  • the air-fuel ratio detection apparatus of the present invention may further include means for detecting or estimating the flow rate of exhaust gas discharged to the exhaust path of the internal combustion engine.
  • the relationship between the output of the downstream sensor and the air-fuel ratio calculated based on the output is greater than when the exhaust gas flow rate is small and the exhaust gas flow rate is high.
  • it may be shifted to the rich side.
  • the relationship between the output of the downstream sensor and the calculated air-fuel ratio may be gradually shifted so as to become richer as the exhaust gas flow rate decreases.
  • the exhaust gas flow rate is smaller than that region. It may be a stepwise one that is shifted to the rich side as compared to the case where it is in the region.
  • the air-fuel ratio detection apparatus of the present invention may further include means for detecting or estimating the exhaust gas temperature discharged to the exhaust path of the internal combustion engine.
  • the relationship between the output of the downstream sensor and the air-fuel ratio calculated based on the output is greater than when the exhaust gas temperature is high and when the exhaust gas temperature is low. May be shifted to the rich side.
  • the relationship between the output of the downstream sensor and the calculated air-fuel ratio may be gradually shifted to the rich side as the exhaust gas temperature increases.
  • the temperature region lower than that temperature region It may be a step-wise one that is shifted to the richer side than in the case of.
  • the relationship between the output and the air-fuel ratio in the relationship between the temperature of the element portion of the downstream sensor, the exhaust gas flow rate, or the exhaust gas temperature is “shifted to the rich side” as described above.
  • the air / fuel ratio calculated by the calculating means according to the output of the downstream sensor is shifted so that the air / fuel ratio corresponding to the output having the same value as the output in the correspondence relationship of the upstream sensor becomes a richer value.
  • the downstream sensor The output value may be shifted so as to be a leaner value than the output value of the upstream sensor.
  • the computing means is a first means for computing the air-fuel ratio according to the output of the downstream sensor based on the relationship similar to the correspondence relation of the upstream sensor, and when the output of the downstream sensor is within a predetermined range, Second means for correcting the calculated air-fuel ratio so as to be the rich air-fuel ratio may be provided.
  • the means when the calculating means includes the second means that is a correcting means, the means further includes a means for detecting or estimating the temperature of the element portion of the downstream sensor, and the second means When the temperature is high, the air-fuel ratio may be corrected to the rich side than when the temperature of the element portion is low.
  • the amount of correction to the rich side by the second means may gradually increase as the temperature of the element portion increases, and a plurality of temperature regions are set with respect to the temperature of the element portion. The correction amount may be changed stepwise for each temperature region.
  • the calculating means further includes means for detecting or estimating the flow rate of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine, and the second means includes the exhaust gas flow rate.
  • the air-fuel ratio may be corrected to the rich side as compared with the case where the exhaust gas flow rate is large.
  • the correction amount to the rich side by the second means may gradually increase as the exhaust gas flow rate decreases, or a plurality of temperature regions are set for the exhaust gas flow rate, and the temperature It may be one that changes step by step for each region.
  • the calculating means further includes means for detecting or estimating the temperature of the exhaust gas exhausted from the internal combustion engine, and the second means includes the exhaust gas.
  • the second means includes the exhaust gas.
  • the correction amount to the rich side by the second means may be gradually increased as the exhaust gas temperature becomes higher, or a plurality of temperature regions are set for the exhaust gas temperature, and the temperature The correction amount may be changed stepwise for each region.
  • the computing means corrects the output to a rich side value, and the correspondence relationship of the upstream sensor according to the corrected output. And a fourth means for calculating the air-fuel ratio based on the same relationship.
  • the calculating means further includes means for detecting or estimating the temperature of the element portion of the downstream sensor, and the third means is that the temperature of the element portion is When the temperature is high, the output may be corrected to a richer side than when the temperature of the element portion is low.
  • the amount of correction to the rich side by the third means may be gradually increased as the temperature of the element portion increases, and a plurality of temperature regions are set with respect to the temperature of the element portion. The correction amount may be changed stepwise for each temperature region.
  • the calculation means when the calculation means includes third means that is correction means, the calculation means further includes means for detecting or estimating the exhaust gas flow rate discharged from the internal combustion engine, and the third means includes the exhaust gas flow rate.
  • the output When the amount is small, the output may be corrected to the rich side as compared with the case where the exhaust gas flow rate is large.
  • the correction amount to the rich side by the third means may gradually increase as the exhaust gas flow rate decreases, or a plurality of temperature regions are set for the exhaust gas flow rate, and the temperature It may be one that changes step by step for each region.
  • the calculation means when the calculation means includes third means that is correction means, the calculation means further includes means for detecting or estimating the temperature of the exhaust gas exhausted from the internal combustion engine, and the third means includes the exhaust gas.
  • the output When the temperature is high, the output may be corrected to the rich side than when the exhaust gas temperature is low.
  • the amount of correction to the rich side by the third means may gradually increase as the exhaust gas temperature increases, or a plurality of temperature regions are set for the exhaust gas temperature, and the temperature The correction amount may be changed stepwise for each region.
  • the air-fuel ratio detection method of the present invention first, based on the relationship similar to the correspondence relationship of the upstream sensor, the air-fuel ratio according to the output of the downstream sensor is calculated, and when the output of the downstream sensor is within a predetermined range, The calculated air-fuel ratio may be corrected to the rich side.
  • the air-fuel ratio detection method of the present invention first, when the output of the downstream sensor is within a predetermined range, the output is corrected to the rich side value, and the output of the upstream sensor is determined according to the corrected output.
  • the air-fuel ratio may be calculated based on a relationship similar to the correspondence relationship with the air-fuel ratio.
  • the air-fuel ratio detection method of the present invention detects or estimates the temperature of the element portion of the downstream sensor, and calculates the air-fuel ratio calculated according to the output of the downstream sensor when the output of the downstream sensor is within a predetermined range.
  • the value may be set to a richer value than the air-fuel ratio calculated according to the output having the same value as the output when the temperature of the element part is low.
  • the air-fuel ratio calculated according to the same output is gradually shifted to the rich side value as the temperature of the element portion increases.
  • a plurality of temperature regions may be set with respect to the temperature of the element portion, and the air-fuel ratio may be set to be a rich value stepwise for each temperature region.
  • the air-fuel ratio detection method of the present invention detects or estimates the flow rate of exhaust gas discharged to the exhaust path of an internal combustion engine, and determines the air-fuel ratio according to the output of the downstream sensor when the output of the downstream sensor is within a predetermined range.
  • the value may be a richer value than the air-fuel ratio calculated according to the output having the same value as the output when the exhaust gas flow rate is large.
  • the air-fuel ratio calculated according to the same output may be gradually shifted to a rich value as the exhaust gas flow rate decreases.
  • a plurality of regions may be set for the exhaust gas flow rate, and the air-fuel ratio may be set so as to gradually become a rich value for each region.
  • the air-fuel ratio detection method of the present invention detects or estimates the exhaust gas temperature discharged to the exhaust path of the internal combustion engine, and determines the air-fuel ratio according to the output of the downstream sensor when the output of the downstream sensor is within a predetermined range.
  • the value may be set to a richer value than the air-fuel ratio calculated according to the output having the same value as the output when the exhaust gas temperature is low.
  • the air-fuel ratio calculated according to the same output may be gradually shifted to a richer value as the exhaust gas temperature becomes higher.
  • a plurality of regions may be set with respect to the exhaust gas temperature, and the air-fuel ratio may be set so as to gradually increase to the rich value for each region.
  • the concentration of exhaust gas detected by the air-fuel ratio sensor is particularly low near the stoichiometric air-fuel ratio. For this reason, in the vicinity of the theoretical air-fuel ratio, the air-fuel ratio obtained from the output of the conventional air-fuel ratio sensor is likely to shift to the lean side due to the influence of a slight change in oxygen concentration due to oxygen leakage.
  • the air-fuel ratio detection device and the air-fuel ratio detection method of the present invention when the air-fuel ratio is at or near the theoretical air-fuel ratio, the relationship between the output of the air-fuel ratio sensor downstream of the catalyst and the air-fuel ratio is Shifted to the richer side than usual. As a result, the influence of oxygen leakage can be offset and a more accurate air-fuel ratio can be obtained.
  • the amount of oxygen leakage increases as the temperature of the element portion and the exhaust gas temperature increase. For this reason, the influence of the change in the oxygen concentration in the vicinity of the stoichiometric air-fuel ratio becomes larger as the temperature of the element section and the exhaust gas temperature are higher.
  • the temperature of the element unit or the exhaust gas temperature of the present invention is high, if the relationship between the output and the air-fuel ratio is shifted to the rich side, The influence of leak can be offset and the air-fuel ratio can be obtained more accurately.
  • the exhaust gas flow rate in the vicinity of the downstream air-fuel ratio sensor increases and the influence of leaked oxygen decreases.
  • the calculated air-fuel ratio is shifted to the rich side when the exhaust gas flow rate of the present invention is small, the difference in the influence of the leaked oxygen due to the difference in the exhaust gas flow rate is considered.
  • the air-fuel ratio can be obtained more accurately.
  • Embodiment 1 of this invention It is a schematic diagram for demonstrating the whole structure of the system in Embodiment 1 of this invention. It is a schematic diagram for demonstrating the structure of the air fuel ratio sensor in Embodiment 1 of this invention. It is a figure for demonstrating the relationship between the output of the upstream sensor in Embodiment 1 of this invention, and an air fuel ratio. It is a figure for demonstrating the relationship between the output of the downstream sensor in Embodiment 1 of this invention, and an air fuel ratio. It is a figure for demonstrating the relationship between the output of the downstream sensor in Embodiment 2 of this invention, and an air fuel ratio. It is a figure for demonstrating the relationship between the output of the downstream sensor in Embodiment 3 of this invention, and an air fuel ratio.
  • FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the overall configuration of a system according to an embodiment of the present invention.
  • the system of FIG. 1 is used by being mounted on a vehicle or the like.
  • a three-way catalyst 6 is installed in the exhaust path 4 of the internal combustion engine 2.
  • the three-way catalyst 6 is a catalyst that purifies exhaust gas by oxidizing carbon monoxide (CO) and hydrocarbons (HC) discharged from the internal combustion engine 2 and reducing nitrogen oxides (NOx).
  • An air-fuel ratio sensor 8 is installed upstream of the three-way catalyst 6 in the exhaust path 4, and an air-fuel ratio sensor 10 is installed downstream of the three-way catalyst 6 in the exhaust path 4.
  • Both the air-fuel ratio sensors 8 and 10 are limit current type one-cell type air-fuel ratio sensors, and include a lean component (NOx, O 2, etc.) and a rich component (CO, HC, etc.) contained in the exhaust gas. It is a sensor that emits an output according to the component concentration.
  • the air-fuel ratio sensor 8 on the upstream side of the three-way catalyst 6 is referred to as “upstream sensor”, and the air-fuel ratio sensor 10 on the downstream side is referred to as “ Also referred to as “downstream sensor”.
  • the control device 12 comprehensively controls the entire system of the internal combustion engine 2.
  • Various actuators are connected to the output side of the control device 12, and various sensors such as air-fuel ratio sensors 8, 10 are connected to the input side.
  • the control device 12 receives various sensor signals, detects the air-fuel ratio of the exhaust gas, the engine speed, and other various information necessary for the operation of the internal combustion engine 2, and operates each actuator according to a predetermined control program.
  • FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the configuration of air-fuel ratio sensors 8 and 10 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the downstream sensor 10 will be described as an example, but in the first embodiment, the upstream sensor 8 and the downstream sensor 10 have the same configuration.
  • the downstream sensor 10 includes an element unit 14.
  • the element part 14 has a tubular structure with one end closed.
  • An atmosphere side electrode (not shown) is formed on the inner surface of the element portion 14 formed in a tubular shape. Outside air flows into the inside of the tubular portion, whereby the atmosphere side electrode is in contact with the outside air.
  • an exhaust side electrode (not shown) is formed on the outer surface of the tubular portion.
  • the element unit 14 is installed in the exhaust path 4 while being covered with the cover 16.
  • the cover 16 is provided with a plurality of vent holes (not shown) for introducing exhaust gas therein.
  • the exhaust side electrode of the element portion 14 is exposed to the exhaust gas flowing into the cover 16 from the vent hole.
  • the cover 16 is fixed to the wall surface 4 a of the exhaust path 4 by a housing 18. More specifically, the housing 18 is engaged with the cover 16 at a portion attached to the exhaust path 4, and the downstream sensor 10 is fixed and held on the exhaust path wall surface 4a with the upper edge portion of the cover 16 being caulked. Yes.
  • the inside of the housing 18 is sealed with various members so that air does not leak inside the cover 16, and the element portion 14 is supported.
  • a ceramic 20 is fitted inside the housing 18 to hold the element portion 14.
  • a talc material 22 is embedded in the gap between the ceramic 20 and the housing 18.
  • a glass 24 or the like is disposed on the ceramic 20. In this way, the atmosphere side electrode (inner tubular portion inner surface) side and the exhaust side electrode side of the downstream sensor 10 are shielded, and gas leakage is prevented between the atmosphere side and the exhaust gas side.
  • the upstream sensor 8 and the downstream sensor 10 are installed in the exhaust path 4 and are exposed to high-temperature exhaust gas during use. For this reason, even if the atmosphere side and the exhaust gas side are separated from each other, as shown by the arrow (A) in FIG. The atmosphere leaks into the exhaust gas in the cover 16 although the amount is very small.
  • the control executed by the control device 12 in the system of the first embodiment includes detection of an air-fuel ratio based on the outputs of the upstream sensor 8 and the downstream sensor 10 and various controls using the detection.
  • detecting the air-fuel ratio a predetermined voltage is applied to each of the upstream sensor 8 and the downstream sensor 10.
  • the upstream sensor 8 and the downstream sensor 10 emit an output that is a current value according to the concentration of the rich component and the lean component (hereinafter also referred to as “component concentration”) that affect the output of the air-fuel ratio sensor in the exhaust gas.
  • component concentration concentration of the rich component and the lean component
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the correspondence between the sensor output of the upstream sensor 8 and the air-fuel ratio according to the first embodiment of the present invention.
  • the horizontal axis represents the sensor output
  • the vertical axis represents the air-fuel ratio.
  • the relationship between the sensor output of the upstream sensor 8 and the air-fuel ratio is the same as that of a normal limit current type sensor, and is theoretically obtained.
  • the output zero point is set as a stoichiometric (theoretical air-fuel ratio) point, and as the output becomes smaller than zero, the corresponding air-fuel ratio becomes smaller, indicating a richer air-fuel ratio.
  • the corresponding air-fuel ratio increases, indicating a leaner air-fuel ratio. Due to the characteristics of the air-fuel ratio sensor, the slope differs from the zero point, but the sensor output and the air-fuel ratio show a substantially proportional relationship.
  • the upstream sensor 8 detects the exhaust gas discharged from the internal combustion engine 2 before passing through the three-way catalyst 6. Therefore, the exhaust gas component concentration is also high. Under such circumstances, even if some oxygen leakage occurs as described above, the sensor output is hardly affected, and oxygen leakage can be ignored. Therefore, for the upstream sensor 8, the relationship between the output and the air-fuel ratio as shown in the theoretical relationship of FIG. 3 is stored in the control device 12 as a function or a map. In actual use, the air-fuel ratio corresponding to the output of the upstream sensor 8 is detected based on this function, map, and the like.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the relationship between the sensor output of the downstream sensor 10 of the first embodiment and the air-fuel ratio.
  • the horizontal axis represents the sensor output
  • the vertical axis represents the air-fuel ratio.
  • the downstream sensor 10 is installed downstream of the three-way catalyst 6 and uses exhaust gas purified by the three-way catalyst 6 as a detection target.
  • the purification rate of the three-way catalyst 6 is also high. Therefore, downstream of the three-way catalyst 6, there are very few components in the exhaust gas, and the component concentration is very thin. For this reason, in the vicinity of stoichiometry, oxygen that leaks very slightly affects the sensor output. As a result, in the vicinity of the stoichiometry, the output of the downstream sensor 10 is shifted to the lean side from the output corresponding to the actual air-fuel ratio of the exhaust gas.
  • the air-fuel ratio with respect to the output of the downstream sensor 10 is the upstream sensor 8 (see the broken line (a) in FIG. 4).
  • the relationship between the output and the air-fuel ratio is set so as to be shifted to the rich side as compared with. That is, the relationship between the output and the air-fuel ratio is set to be shifted to the rich side within a predetermined range including the zero point as shown in FIG.
  • Such a relationship between the output of the downstream sensor 10 and the air-fuel ratio is obtained by experiments or the like. Specifically, for example, an evaluation gas having a very low concentration assuming the downstream of the three-way catalyst 6 in which 100% N 2 or rich gas and lean gas are completely burned at an equivalent ratio is supplied as an evaluation gas to the air-fuel ratio sensor. Then, the sensor output is detected. Similarly, the air-fuel ratio concentration is continuously changed from the gas to the rich side and the lean side within a predetermined range as shown in FIG. Based on the relationship between the output and the air-fuel ratio, the relationship between the output of the downstream sensor 10 and the air-fuel ratio in a predetermined range is determined. The determined relationship is stored in the control device 12 in advance.
  • the outputs of the upstream sensor 8 and the downstream sensor 10 are detected, respectively, and the relationship between the respective outputs and the air-fuel ratio stored corresponding to the upstream sensor 8 and the downstream sensor 10 (FIG. 3, FIG. 4), the air-fuel ratio corresponding to each output is calculated.
  • the relationship between the output of the downstream sensor 10 and the air-fuel ratio takes into account the influence of leakage in the vicinity of the stoichiometry. Therefore, even in the vicinity of the stoichiometric range, the air-fuel ratio can be detected more accurately according to the output of the downstream sensor 10. Therefore, for example, it is possible to improve the accuracy of air-fuel ratio feedback control executed based on both outputs of the upstream sensor 8 and the downstream sensor 10 and control such as catalyst deterioration determination.
  • the relationship between the output and the air-fuel ratio is set according to the downstream sensor 10 .
  • the relationship between the output and the air-fuel ratio is obtained by shifting the relationship between the same output and the air-fuel ratio to the rich side in the vicinity of the stoichiometry with respect to the correspondence relationship between the output of the upstream sensor 8 and the air-fuel ratio.
  • the air-fuel ratio of the downstream sensor 10 is also directly obtained based on a preset relationship according to the detected output.
  • the output of the downstream sensor 10 or the air-fuel ratio may be corrected in a direction in which the air-fuel ratio in the vicinity of the stoichiometry is shifted to the rich side.
  • the upstream sensor 8 and the downstream sensor 10 calculate the air-fuel ratio based on the same relationship, that is, the relationship between the output of the upstream sensor 8 and the air-fuel ratio.
  • the downstream air-fuel ratio can be obtained by correcting the calculated air-fuel ratio with the correction amount set according to the output of the downstream sensor 10.
  • the output of the downstream sensor 10 is corrected so as to be an output on the rich side with respect to the detected output.
  • the downstream air-fuel ratio can be obtained by calculating the air-fuel ratio based on the relationship between the same output as the upstream sensor 8 and the air-fuel ratio. The calculation method of the air-fuel ratio based on these outputs is similarly applied to the following embodiments.
  • the present invention is not limited to such a configuration, and may be applied to, for example, a tandem catalyst having two catalysts arranged in series and integrally in the exhaust path 4.
  • the installation positions of the air-fuel ratio sensors 8 and 10 are not necessarily limited to this. The same applies to the following embodiments.
  • the upstream sensor 8 and the downstream sensor 10 are limit current type sensors having the same configuration.
  • the sensor on the upstream side of the catalyst 6 may be one using another sensor that can detect the air-fuel ratio. The same applies to the following embodiments.
  • FIG. The system and air-fuel ratio sensors 8 and 10 of the second embodiment have the same configuration as that shown in FIGS.
  • the system of the second embodiment is the same as that of the first embodiment except that the relationship between the output near the stoichiometric position of the downstream sensor 10 and the air-fuel ratio is changed according to the temperature of the element unit 14.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the relationship between the output of the downstream sensor 10 and the air-fuel ratio according to the second embodiment of the present invention.
  • the horizontal axis indicates the sensor output
  • the vertical axis indicates the air-fuel ratio.
  • the solid line (a) represents the case where the temperature of the element unit 14 is a normal control temperature of 750 ° C.
  • the solid line (b) represents the case where the temperature of the element unit 14 is a high temperature of 850 ° C.
  • the leakage of air to the exhaust side (in the case 16) of the element portion 14 is caused by deformation caused by exposure of various sealed members to high temperatures. That is, the higher the temperature at which the air-fuel ratio sensors 8 and 10 are used, the greater the amount of air leakage. Therefore, when the temperature is high, the influence of oxygen leaked on the output of the downstream sensor 10 appears more greatly in the vicinity of the stoichiometry.
  • the shift amount toward the rich side is changed according to the temperature of the element unit 14.
  • two temperature regions are set with respect to the temperature of the element unit 14, that is, a temperature region having a normal control temperature center and a temperature region in the case of a higher temperature than that temperature region.
  • the relationship between the output and the air-fuel ratio is determined for each temperature region.
  • the shift amount to the rich side (see (a)) when the temperature of the element portion 14 is in the low temperature range is the case where the temperature of the element portion 14 is in the high temperature range.
  • the specific shift amount according to such temperature can be obtained by performing an experiment for detecting the output by changing the concentration of exhaust gas to be supplied for each downstream sensor 10 under various temperature environments. it can.
  • the relationship obtained in this way is stored in the control device 12 as a relational expression, a map, or the like that defines the relationship between temperature, output, and air-fuel ratio.
  • the downstream sensor 10 is actually installed in the exhaust path 4 of the internal combustion engine 2 and used for air-fuel ratio control or the like, the impedance of the element unit 14 is detected, and the temperature of the element unit 14 is estimated based on this.
  • the air-fuel ratio is calculated according to the map stored in the control device 12 according to the estimated temperature and the output value of the downstream sensor 10.
  • the relationship between the output of the downstream sensor 10 and the air-fuel ratio is defined in consideration of the difference in oxygen leakage due to the difference in temperature. Therefore, the influence of the output due to the leaked oxygen can be suppressed to a smaller level, the air-fuel ratio can be grasped more accurately on the downstream side of the three-way catalyst, and various controls can be executed with high accuracy.
  • the case where the temperature range with respect to the temperature of the element portion is set and the relationship between the output and the air-fuel ratio is determined in each case has been described.
  • the air-fuel ratio on the rich side is calculated when the temperature of the element portion 14 is in the high temperature range, compared to when it is in the low temperature range.
  • the method for setting the output and the air-fuel ratio with respect to the temperature of the element portion is not limited to the one in which two temperature regions are determined in this way. For example, three or more temperature ranges are set, and the relationship between the output and the air-fuel ratio shifted corresponding to each temperature range is set, and the shift is gradually made rich. It may be.
  • the air-fuel ratio may be gradually shifted to the rich side steplessly as the temperature of the element unit 14 increases.
  • a coefficient that shifts the relationship between the basic output of the downstream sensor 10 and the air-fuel ratio (see FIG. 4) according to the temperature of the element unit 14 is installed, and the coefficient according to the temperature is The air / fuel ratio may be calculated according to the temperature from the relationship between the output and the air / fuel ratio.
  • the air-fuel ratio is calculated according to the relationship between the air-fuel ratio of the upstream sensor 8 and the downstream sensor 10 with the same output, and the output of the downstream sensor 10 or the calculated air-fuel ratio is determined according to the temperature. Further correction may be made. In this case as well, the leak amount can be taken into consideration by correcting the output of the downstream sensor 10 or the air-fuel ratio stepwise or steplessly according to the temperature.
  • the present invention is not limited to this, and the temperature may be detected by other means. Specifically, for example, a temperature sensor may be directly embedded in the element unit 14 to detect the temperature.
  • Embodiment 3 The system, the upstream sensor 8 and the downstream sensor 10 of the third embodiment have the same configuration as that described in FIGS.
  • the system of the third embodiment performs the same control as the system of the first embodiment, except that the air-fuel ratio in the vicinity of the stoichiometry is shifted according to the exhaust gas flow rate.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the relationship between the output for each exhaust gas flow rate and the air-fuel ratio of the downstream sensor 10 according to the third embodiment.
  • the horizontal axis represents the output
  • the vertical axis represents the air-fuel ratio. Further, the relationship when the exhaust gas flow rate increases from the solid line (a) side to the solid line (c) side is shown.
  • the amount of shift to the rich side in the predetermined region near the stoichiometry decreases. That is, when an output having a predetermined region is detected, the air-fuel ratio obtained based on the output is shifted to the richer side than the air-fuel ratio corresponding to the same output of the upstream sensor 8, but the shift amount Is smaller than when the exhaust gas flow rate is small (solid lines (a) and (b)).
  • FIG. 7 is a diagram for explaining a map that defines the relationship among the intake air amount, sensor output, and air-fuel ratio in the third embodiment. In FIG. 7, only a portion corresponding to a predetermined area in the vicinity of the stoichiometric map is shown.
  • the intake air amount is used as a value having a correlation with the exhaust gas flow rate.
  • the intake air amount is divided into five regions, and the air-fuel ratio corresponding to the output is determined for each region.
  • the required air-fuel ratio is set to be on the lean side as the intake air amount is larger for the same output. Further, when the output becomes a value on the rich side or the lean side from the vicinity of the stoichiometric range, the air-fuel ratio obtained corresponding to the output does not change even if the intake air amount changes. On the other hand, as the output becomes closer to the stoichiometry, the change amount according to the intake air amount of the air-fuel ratio obtained from the same output is set to be larger.
  • the map defining such a specific relationship can be set for each downstream sensor 10 by performing an experiment or the like for detecting the output while changing the flow rate of the sample gas and the air-fuel ratio.
  • the determined map is stored in the control device 12 in advance.
  • FIG. 8 is a flowchart for explaining a control routine executed by the control device 12 in the third embodiment of the present invention.
  • the process of FIG. 8 is a subroutine that is executed when detection of the air-fuel ratio is requested.
  • the output of the downstream sensor 10 is acquired (S102).
  • the intake air amount is acquired (S104).
  • the intake air amount is detected based on, for example, the output of an air flow meter (not shown) installed in the intake system of the internal combustion engine 2.
  • the air-fuel ratio is calculated (S106).
  • the air-fuel ratio is calculated according to a map stored in advance in the control device 12 according to the sensor output acquired in step S102 and the intake air amount acquired in step S104. Thereafter, the current process ends.
  • the air-fuel ratio based on the output of the downstream sensor 10 takes into consideration the influence of oxygen leak in the vicinity of the stoichiometry in accordance with the intake air amount (exhaust gas flow rate). Therefore, the air-fuel ratio downstream of the three-way catalyst 6 can be detected more accurately, and the control accuracy based on the air-fuel ratio according to the output of the downstream sensor 10 can be improved.
  • the intake air amount is used as a value having a correlation with the exhaust gas flow rate and a map corresponding to the intake air amount is set has been described.
  • the present invention is not limited to this, and other parameters having a correlation with the exhaust gas flow rate can be used.
  • a sensor may be installed in the vicinity of the downstream sensor 10 to directly detect the exhaust gas flow rate and use it.
  • the case where five regions are set for the exhaust gas flow rate and a map that defines the relationship between each region and the output and the air-fuel ratio has been described.
  • the rich-side air-fuel ratio is calculated as compared with the case where the exhaust gas flow rate is in a region where the exhaust gas flow rate is larger than that region.
  • the number of regions with respect to the exhaust gas flow rate is not limited to five, and may be divided into two or more regions.
  • the amount of shift of the air-fuel ratio to the rich side may be set such that the amount of shift of the air-fuel ratio to the rich side gradually decreases steplessly as the exhaust gas flow rate increases.
  • a coefficient that shifts the relationship between the basic output of the downstream sensor 10 and the air-fuel ratio (see FIG. 4) according to the exhaust gas flow rate is installed, and the coefficient according to the exhaust gas flow rate is An air-fuel ratio corresponding to the exhaust gas flow rate may be calculated from the relationship between the output and the air-fuel ratio.
  • the air-fuel ratio is calculated according to the relationship between the air-fuel ratio of the upstream sensor 8 and the downstream sensor 10 and the same output, and the output of the downstream sensor 10 or the calculated air-fuel ratio is used as the exhaust gas flow rate. It may be corrected accordingly. Also in this case, the leak amount can be considered by correcting the output or the air-fuel ratio of the downstream sensor 10 stepwise or steplessly according to the exhaust gas flow rate.
  • Embodiment 3 by combining the above-described Embodiment 3 and Embodiment 2, the relationship between the output of the downstream sensor 10 and the air-fuel ratio in the vicinity of the stoichiometry in accordance with the temperature of the element unit 14 and the exhaust gas flow rate, It can also be shifted to the rich side.
  • Embodiment 4 FIG.
  • the system and air-fuel ratio sensors 8 and 10 of the fourth embodiment have the same configuration as that described in FIGS.
  • the system of the fourth embodiment performs the same control as the system of the first embodiment except that the relationship between the output and the air-fuel ratio is shifted according to the temperature of the exhaust gas.
  • the system of the second embodiment described above detects the temperature of the element unit 14 by detecting the impedance of the element unit 14, and the shift amount is different depending on whether the temperature is high or low. This is a control for dealing with the fact that the leak amount increases as the temperature of the downstream sensor 10 increases.
  • the impedance of the element unit 14 changes over time due to the use of the downstream sensor 10. For this reason, an error may occur in the temperature of the element unit 14 calculated from the impedance.
  • the temperature change of the airtight portions (such as the housing 18) of the air-fuel ratio sensors 8, 10 has a certain degree of correlation with the exhaust gas temperature, and can be estimated from the exhaust gas temperature. Therefore, in the fourth embodiment, control is performed to obtain the exhaust gas temperature based on the output of the exhaust temperature sensor (not shown) and set the shift amount accordingly.
  • the airtight part of the downstream sensor 10 is configured inside the sensor in the vicinity of the screw part for attaching the sensor to the exhaust path 4. Therefore, the detected exhaust gas temperature is not used directly, but the value after the annealing process or the value after the calculation of the first response delay adapted in consideration of the heat transfer of the exhaust path, etc. It shall be used as
  • TEXS i (TEXS i-1 xn + TEX i ) / (n + 1) (1)
  • TEXS i and TEXS i-1 are the smoothed values of the exhaust gas temperature calculated at the i-th (current) and i-1-th (previous) respectively, and TEX i is obtained for the i-th (current).
  • Exhaust gas temperature, and n is the number of annealing.
  • TEXS_2 K (1-et / T ) (2)
  • k is a gain (constant)
  • e is an exponential function
  • t time
  • T is a time constant.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining the relationship between the sensor output and the air-fuel ratio for each exhaust gas temperature in the fourth embodiment of the present invention.
  • the horizontal axis represents the sensor output
  • the vertical axis represents the air-fuel ratio.
  • the solid lines (d) to (f) represent the relationship between the sensor output and the air-fuel ratio at each exhaust gas temperature, and the exhaust gas temperature increases from the solid line (d) side to the (f) side. Is shown.
  • the air-fuel ratio required for the same output having a predetermined region near the stoichiometric range is set so that the downstream sensor 10 has a richer value than the upstream sensor 8. ing. Furthermore, as shown by solid lines (f) to (d) in FIG. 9, the air-fuel ratio corresponding to the same output is higher when the exhaust gas temperature is higher than when the exhaust gas temperature is lower (see the solid line (d)) (see FIG. 9). The solid line (see f) is shifted to the rich side.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining a map that defines the relationship among exhaust gas temperature, sensor output, and air-fuel ratio in the fourth embodiment. Note that FIG. 10 shows only a portion corresponding to a predetermined area near the stoichiometric map.
  • the air-fuel ratio is set to be richer as the exhaust gas temperature is higher in the region for the same output. Further, when the output is biased toward the rich side or the lean side, the air-fuel ratio determined corresponding to the output does not change even when the exhaust gas temperature changes, and shows a constant value. On the other hand, the closer the output is to stoichiometric (0), the larger the amount of change of the air-fuel ratio determined from the same output in accordance with the exhaust gas temperature.
  • FIG. 10 shows a map that defines a specific relationship between the exhaust gas temperature, the output, and the air-fuel ratio. This is an experiment in which the output is detected by supplying a sample gas whose concentration is changed at each exhaust gas temperature. It can be set by performing etc. The set map is stored in the control device 12 in advance.
  • FIG. 11 is a flowchart for explaining a control routine executed by the control device 12 in the fourth embodiment of the present invention.
  • the process of FIG. 11 is a subroutine that is executed when there is a request for detection of the air-fuel ratio.
  • the value of the annealing process or the value after the calculation of the first response delay is calculated with respect to the detected exhaust gas temperature (S206). These values are calculated according to Equation 1 or Equation 2 above. This value is used as the exhaust gas temperature in the following calculation of the air-fuel ratio.
  • the air-fuel ratio is calculated (S208).
  • the air-fuel ratio is calculated based on a map stored in advance in the control device 12 according to the sensor output acquired in step S202 and the exhaust gas temperature acquired in step S206. Thereafter, the current process ends.
  • the temperature of the airtight portion of the downstream sensor 10 is estimated to some extent based on the exhaust gas temperature, so that it is not affected by the shift in impedance due to deterioration with time of the downstream sensor.
  • the air-fuel ratio can be detected according to the oxygen leak amount of the downstream sensor 10.
  • the air-fuel ratio may be calculated by directly using the detected exhaust gas temperature without performing such processing.
  • the temperature related to the temperature of the hermetic portion is not limited to the exhaust gas temperature.
  • the shift amount may be set according to the catalyst temperature of the three-way catalyst.
  • the exhaust gas temperature may be estimated from the control parameters of the internal combustion engine 2.
  • the fourth embodiment a case has been described in which five regions are set for the exhaust gas temperature and a map that defines the relationship between each region and the output and the air-fuel ratio is used.
  • the rich-side air-fuel ratio is calculated as compared to when the exhaust gas temperature is in a region lower than that region.
  • the number of regions with respect to the exhaust gas temperature is not limited to five, and the number of regions can be set as appropriate.
  • the amount of shift of the air-fuel ratio to the rich side may be set so that the amount of shift of the air-fuel ratio to the rich side gradually increases steplessly as the exhaust gas temperature increases.
  • a coefficient that shifts the relationship between the basic output of the downstream sensor 10 and the air-fuel ratio (see FIG. 4) according to the exhaust gas temperature is installed, and the coefficient according to the exhaust gas temperature is An air-fuel ratio corresponding to the exhaust gas temperature may be calculated from the relationship between the output and the air-fuel ratio.
  • the air-fuel ratio is calculated according to the relationship between the air-fuel ratio of the upstream sensor 8 and the downstream sensor 10 and the same output, and the output of the downstream sensor 10 or the calculated air-fuel ratio is It may be corrected according to the exhaust gas temperature.
  • the leak amount can be taken into consideration by correcting the output of the downstream sensor 10 or the air-fuel ratio stepwise or steplessly according to the exhaust gas temperature.
  • the air-fuel ratio is shifted according to the temperature of the element section 14, in the third embodiment, the air-fuel ratio is shifted according to the exhaust gas flow rate, and in the fourth embodiment, the exhaust gas temperature is shifted.
  • the case where the air-fuel ratio is shifted according to the above has been described.
  • the present invention is not limited to performing these separately and independently, and the air-fuel ratio may be detected by combining these two or all of them.

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Abstract

　内燃機関（２）の排気経路（４）の触媒（６）より下流側に設置された限界電流式の空燃比センサである下流センサ（１０）の出力を検出し、下流センサ（１０）の出力に応じて、触媒（６）下流の排気ガスの空燃比を演算する空燃比検出に際し、下流センサ（１０）の出力が、理論空燃比に応じた出力を含む所定範囲内にある場合、下流センサ（１０）の出力と演算手段により演算される空燃比との関係は、内燃機関（２）の排気経路（４）の触媒よりも上流側に設置される、下流センサ（１０）と同様のセンサである上流センサ（１０）の出力と空燃比との対応関係よりも、リッチ側にずれたものである。

Description

空燃比検出装置及び空燃比検出方法
　この発明は空燃比検出装置及び空燃比検出方法に関する。更に具体的には、内燃機関の排気経路の触媒の下流に設置された空燃比センサの出力に基づき空燃比を検出する空燃比検出装置及び空燃比検出方法に関するものである。
　特許文献１には、内燃機関の排気経路の触媒の上流及び下流に、それぞれ空燃比センサが設置されたシステムが開示されている。このシステムでは、触媒の上流及び下流の各空燃比センサの出力に基づいてフィードバック補正係数が算出され、これを用いた空燃比フィードバック制御が実行される。
日本特開２００５－２４８９１４号公報 日本特開２００６－２９１８９３号公報 日本特開２００６－００２５７９号公報 日本特開２００３－０９７３３４号公報 日本特開平１１－０９３７４４号公報 日本特開２００６－０１０５８３号公報
　近年の排ガス規制等により触媒は高い浄化性能を有するものとなっている。これに伴い、触媒の下流側に流出される排気ガス中の、空燃比センサが検出する成分の濃度は、非常に低いものとなっている。つまり、触媒下流側に配置される空燃比センサは、このように非常に低い濃度の排気ガスの空燃比を検出対象とすることとなる。従って、下流側の空燃比センサでは、例えば、ごく微量の酸素リークが生じている場合にも、その影響を大きく受けて出力がずれることが考えられる。
　上記従来技術のように、触媒前後に配置された空燃比センサの出力に基づいてフィードバック補正係数を算出するような場合、下流側の空燃比センサに出力誤差が生じると、補正係数が正しく算出されず、空燃比フィードバック制御の精度が低下する。この点、ごく低濃度のガスを検出対象とする下流側の空燃比センサの出力からも、より正確に空燃比が検出されるシステムが望まれる。
　本発明は上記課題を解決することを目的とし、触媒下流の空燃比センサの出力に基づき、より正確に空燃比が検出されるよう改良した空燃比検出装置及び空燃比検出方法を提供するものである。
　この発明は、上記の目的を達成するため、本発明の空燃比検出装置であって、内燃機関の排気経路の触媒より下流側に設置された限界電流式の空燃比センサである下流センサの出力を検出する手段と、下流センサの出力に応じて、触媒下流の排気ガス空燃比を演算する演算手段と、を備える。この空燃比検出装置において、下流センサの出力が、理論空燃比に応じた出力を含む所定範囲内にある場合、下流センサの出力と演算手段により演算される空燃比との関係は、内燃機関の排気経路の触媒よりも上流側に設置される、下流センサと同様のセンサである上流センサの出力と空燃比との対応関係よりも、リッチ側にずれたものである。
　あるいはまた、この発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の排気経路の触媒より下流側に設置された限界電流式の空燃比センサである下流センサの出力を検出し、下流センサの出力に基づいて、触媒下流の排気ガスの空燃比を演算する空燃比検出方法であって、下流センサの出力が、理論空燃比に対応する出力を含む所定範囲内にある場合、下流センサの出力と該出力に応じて演算される空燃比との関係は、内燃機関の排気経路の触媒よりも上流側に設置される、下流センサと同様のセンサである上流センサの出力と空燃比との対応関係より、リッチ側にずれたものである。
　なお、上流センサは、必ずしも、同一の内燃機関の排気経路に設置された触媒の上流側の空燃比センサを指すものではない。つまり「上流センサの出力と空燃比との対応関係」は、例えば、下流センサが、仮に触媒上流で用いられるとした場合の、出力と空燃比との対応関係であってもよいし、例えば、実際に同一又は他の内燃機関で用いられている上流センサが下流側センサと同様のセンサである場合に、その上流センサの出力から空燃比を演算する場合に用いられる、出力と空燃比との対応関係であってもよい。
　また、本発明において、下流センサの出力と演算される空燃比との関係が、上流センサの出力と空燃比との対応関係よりもリッチ側にずれた、とは、下流センサの出力に応じて演算される空燃比が、上流センサの対応関係における該出力と同じ値の出力に対応する空燃比よりも、リッチ側の値となるようにずれたものであってもよい。
　あるいは、本発明において、下流センサの出力と演算される空燃比との関係が、上流センサの出力と空燃比との対応関係よりもリッチ側にずれた、とは、下流センサの出力に応じて演算される空燃比と、上流センサの対応関係に基づいて上流センサの出力に応じて演算される空燃比とが同一であるとき、下流センサの出力の値が、上流センサの出力の値よりもリーン側の値となるようにずれたものであってもよい。
　また、本発明の空燃比検出装置は、下流センサの素子部の温度を検出又は推定する手段を、更に備えるものとしてもよい。この場合、下流センサの出力が所定範囲内にある場合において、下流センサの出力と該出力に基づいて演算される空燃比との関係は、素子部の温度が高い場合、素子部の温度が低い場合よりもリッチ側にずれたものとしてもよい。なおここでは、下流センサの出力と演算される空燃比との関係が、素子部の温度が高くなるにつれて徐々にリッチ側の値となるようにシフトされているものであってもよい。あるいは、素子部の温度に対し複数の温度領域を設定し、下流センサの出力と演算される空燃比との関係が、素子部の温度がある温度領域にある場合に、その温度領域よりも低い温度領域にある場合よりもリッチ側にずれているような、段階的なものであってもよい。
　本発明の空燃比検出装置は、内燃機関の排気経路に排出される排気ガス流量を検出又は推定する手段を、更に備えるものとしてもよい。この場合、下流センサの出力が所定範囲内にある場合において、下流センサの出力と該出力に基づいて演算される空燃比との関係は、排気ガス流量が少ない場合、排気ガス流量が多い場合よりも、リッチ側にずれたものとしてもよい。なおここでは、下流センサの出力と演算される空燃比との関係が、排気ガス流量が少ないほどリッチ側となるように徐々にシフトされているものであってもよい。あるいは、排気ガス流量に対して複数の領域を設定し、下流センサの出力と演算される空燃比との関係が、排気ガス流量がある領域にある場合に、その領域よりも少ない排気ガス流量の領域にある場合よりもリッチ側にずれているような、段階的なものであってもよい。
　本発明の空燃比検出装置は、内燃機関の排気経路に排出される排気ガス温度を検出又は推定する手段を、更に備えるものとしてもよい。この場合、下流センサの出力が所定範囲内にある場合において、下流センサの出力と該出力に基づいて演算される空燃比との関係は、排気ガス温度が高い場合、排気ガス温度が低い場合よりもリッチ側にずれたものとしてもよい。なおここでは、下流センサの出力と演算される空燃比との関係が、排気ガス温度が高くなるにつれて、徐々にリッチ側にシフトされているものであってもよい。あるいは、排気ガス温度に対して複数の領域を設定し、下流センサの出力と演算される空燃比との関係が、排気ガス温度がある温度領域にある場合に、その温度領域よりも低い温度領域にある場合よりもリッチ側にずれているような、段階的なものであってもよい。
　また、本発明において、下流センサの素子部の温度、排気ガス流量、又は、排気ガス温度との関係において、出力と空燃比との関係が「リッチ側にずれている」とは、上記した通り、演算手段により下流センサの出力に応じて演算される空燃比が、上流センサの対応関係における該出力と同じ値の出力に対応する空燃比よりも、リッチ側の値となるようにずれたものでもよいし、演算手段により下流センサの出力に応じて演算される空燃比と、上流センサの対応関係に基づいて上流センサの出力に応じて演算される空燃比とが同一であるとき、下流センサの出力の値が、上流センサの出力の値よりもリーン側の値となるようにずれたものであってもよい。
　本発明において、演算手段は、上流センサの対応関係と同様の関係に基づいて、下流センサの出力に応じた空燃比を演算する第１手段と、下流センサの出力が所定範囲内にある場合、演算された空燃比をリッチ側の空燃比となるように補正する第２手段とを備えるものとしてもよい。
　このように、演算手段が補正する手段である第２手段を備えるものである場合、下流センサの素子部の温度を検出又は推定する手段を、更に備えるものとし、第２手段は、素子部の温度が高い場合、素子部の温度が低い場合よりも、該空燃比をリッチ側に補正するものとしてもよい。この場合において、第２手段によるリッチ側への補正量は、素子部の温度が高くなるにつれて徐々に大きくなるものであってよいし、素子部の温度に対して複数の温度領域を設定し、温度領域ごとに段階的に補正量が変化するようにしたものでもよい。
　また、演算手段が補正する手段である第２手段を備えるものである場合、内燃機関から排出される排気ガス流量を検出又は推定する手段を、更に備えるものとし、第２手段は、排気ガス流量が少ない場合、排気ガス流量が多い場合よりも、該空燃比をリッチ側に補正するものとしてもよい。この場合において、第２手段によるリッチ側への補正量は、排気ガス流量が少なくなるにつれて徐々に大きくなるものであってもよいし、排気ガス流量に対して複数の温度領域を設定し、温度領域ごとに段階的に変化するようにしたものでもよい。
　また、演算手段が補正する手段である第２手段を備えるものである場合、内燃機関から排気される排気ガスの温度を検出又は推定する手段を、更に備えるものとし、第２手段は、排気ガス温度が高い場合、排気ガス温度が低い場合よりも、空燃比をリッチ側に補正するものとしてもよい。この場合において、第２手段によるリッチ側への補正量は、排気ガス温度が高くなるにつれて徐々に大きくなるものであってもよいし、排気ガス温度に対して複数の温度領域を設定し、温度領域ごとに段階的に補正量が変化するようにしたものでもよい。
　本発明において、演算手段は、下流センサの出力が所定範囲内にある場合に、該出力をリッチ側の値に補正する第３手段と、補正された出力に応じて、上流センサの対応関係と同様の関係に基づいて空燃比を演算する第４手段と、を備えるものとしてもよい。
　また、演算手段が、補正手段である第３手段を備えるものである場合、下流センサの素子部の温度を検出又は推定する手段を、更に備えるものとし、第３手段は、素子部の温度が高い場合、素子部の温度が低い場合よりも、該出力をリッチ側に補正するものとしてもよい。この場合において、第３手段によるリッチ側への補正量は、素子部の温度が高くなるにつれて徐々に大きくなるものであってよいし、素子部の温度に対して複数の温度領域を設定し、温度領域ごとに段階的に補正量が変化するようにしたものでもよい。
　また、演算手段が、補正手段である第３手段を備えるものである場合、内燃機関から排出される排気ガス流量を検出又は推定する手段を、更に備えるものとし、第３手段は、排気ガス流量が少ない場合、排気ガス流量が多い場合よりも、該出力をリッチ側に補正するものとしてもよい。この場合において、第３手段によるリッチ側への補正量は、排気ガス流量が少なくなるにつれて徐々に大きくなるものであってもよいし、排気ガス流量に対して複数の温度領域を設定し、温度領域ごとに段階的に変化するようにしたものでもよい。
　また、演算手段が、補正手段である第３手段を備えるものである場合、内燃機関から排気される排気ガスの温度を検出又は推定する手段を、更に備えるものとし、第３手段は、排気ガス温度が高い場合、排気ガス温度が低い場合よりも、該出力をリッチ側に補正するものとしてもよい。この場合において、第３手段によるリッチ側への補正量は、排気ガス温度が高くなるにつれて徐々に大きくなるものであってもよいし、排気ガス温度に対して複数の温度領域を設定し、温度領域ごとに段階的に補正量が変化するようにしたものでもよい。
　あるいは、この発明の空燃比検出方法では、まず上流センサの対応関係と同様の関係に基づいて、下流センサの出力に応じた空燃比を演算し、下流センサの出力が所定範囲内にある場合、演算された空燃比を、リッチ側に補正するものとしてもよい。
　あるいは、この発明の空燃比検出方法では、まず、下流センサの出力が所定範囲内にある場合に、該出力をリッチ側の値に補正し、補正された出力に応じて、上流センサの出力と空燃比との対応関係と同様の関係に基づいて空燃比を演算するものとしてもよい。
　この発明の空燃比検出方法は、下流センサの素子部の温度を検出又は推定し、下流センサの出力が所定範囲内にある場合に、下流センサの出力に応じて演算される空燃比を、素子部の温度が高い場合、素子部の温度が低い場合に該出力と同じ値の出力に応じて演算される空燃比よりも、リッチ側の値とするものであってもよい。なお、空燃比検出装置の場合と同様であるが、同じ出力に応じて演算される空燃比が、素子部の温度が高くなるにつれて徐々にリッチ側の値に徐々にシフトされているものであってもよいし、素子部の温度に対し複数の温度領域を設定し、温度領域ごとに段階的に、空燃比がリッチ側の値となるように設定されたものでもよい。
　この発明の空燃比検出方法は、内燃機関の排気経路に排出される排気ガス流量を検出又は推定し、下流センサの出力が所定範囲内にある場合における、下流センサの出力に応じた空燃比を、排気ガス流量が少ない場合、排気ガス流量が多い場合に該出力と同じ値の出力に応じて演算される空燃比よりも、リッチ側の値とするものであってもよい。なお、空燃比検出装置の場合と同様であるが、同じ出力に応じて演算される空燃比が、排気ガス流量が少なくなるにつれて徐々にリッチ側の値にシフトされているものであってもよいし、排気ガス流量に対し複数の領域を設定し、この領域ごとに段階的に空燃比がリッチ側の値になるように設定されたものでもよい。
　この発明の空燃比検出方法は、内燃機関の排気経路に排出される排気ガス温度を検出又は推定し、下流センサの出力が所定範囲内にある場合における、下流センサの出力に応じた空燃比を、排気ガス温度が高い場合、排気ガス温度が低い場合に該出力と同じ値の出力に応じて演算される空燃比よりも、リッチ側の値とするものでもよい。なお、空燃比検出装置の場合と同様であるが、同じ出力に応じて演算される空燃比が、排気ガス温度が高くなるにつれて徐々にリッチ側の値にシフトされているものであってもよいし、排気ガス温度に対し複数の領域を設定し、この領域ごとに段階的に空燃比がリッチ側の値となるように設定されたものであってもよい。
　空燃比センサが触媒下流側に配置される場合、空燃比センサの検出する排気ガスの濃度は、理論空燃比近傍では特に薄いものとなる。このため、理論空燃比近傍では、酸素リークによる極僅かな酸素濃度の変化の影響を受け、従来の空燃比センサの出力から求められる空燃比はリーン側にずれやすい。この点、本発明の空燃比検出装置及び空燃比検出方法であれば、空燃比が理論空燃比又はその近傍にある場合に、触媒下流側の空燃比センサの出力と空燃比との関係は、通常よりもリッチ側にシフトされる。これにより、酸素リークによる影響を相殺し、より正確な空燃比を得ることができる。
　また、例えば、素子部の温度や、排気ガス温度が高くなることで、酸素リーク量が増大すると考えられる。このため、理論空燃比近傍における酸素濃度の変化の影響は、素子部の温度や排気ガス温度が高い場合ほど大きくなる。この点、本発明の素子部の温度や排気ガス温度が高い場合に、出力と空燃比との関係がリッチ側シフトされるものであれば、温度の違いにより異なるリーク量に対応して、そのリークの影響を相殺でき、より正確に空燃比を得ることができる。
　また、例えば、排気ガス流量が大きくなるほど、下流側の空燃比センサ近傍の排気ガス流量が多くなり、リークした酸素の影響は小さくなる。この点、本発明の排気ガス流量が少ない場合に、演算される空燃比がリッチ側にシフトされるものであれば、排気ガス流量の違いによる、リークした酸素の影響の大きさの違いが考慮され、より正確に空燃比を得ることができる。
本発明の実施の形態１におけるシステムの全体構成について説明するための模式図である。 本発明の実施の形態１における空燃比センサの構成について説明するための模式図である。 本発明の実施の形態１における上流センサの出力と空燃比との関係について説明するための図である。 本発明の実施の形態１における下流センサの出力と空燃比との関係について説明するための図である。 本発明の実施の形態２における下流センサの出力と空燃比との関係について説明するための図である。 本発明の実施の形態３における下流センサの出力と空燃比との関係について説明するための図である。 本発明の実施の形態３における下流センサの出力と、吸入空気量と、空燃比との関係を定めたマップについて説明するための図である。 本発明の実施の形態３において制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するための図である。 本発明の実施の形態４における下流センサの出力と空燃比との関係について説明するための図である。 本発明の実施の形態４における下流センサの出力と、温度と、空燃比との関係を定めたマップについて説明するための図である。 本発明の実施の形態４において制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するための図である。
　以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。
実施の形態１．
［本実施の形態のシステムの全体構成］
　図１は、この発明の実施の形態におけるシステムの全体構成について説明するための模式図である。図１のシステムは車両等に搭載されて用いられる。図１において、内燃機関２の排気経路４には三元触媒６が設置されている。三元触媒６は内燃機関２から排出される一酸化炭素（ＣＯ）及び炭化水素（ＨＣ）を酸化すると共に、窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元することにより、排気ガスを浄化する触媒である。
　排気経路４の三元触媒６より上流側には空燃比センサ８が設置され、排気経路４の三元触媒６より下流側には空燃比センサ１０が設置されている。両空燃比センサ８、１０は、共に限界電流式の１セル型の空燃比センサであり、排気ガス中に含まれるリーン成分（ＮＯｘ、Ｏ２など）とリッチ成分（ＣＯ、ＨＣなど）との成分濃度に応じた出力を発するセンサである。なお、本実施の形態１では、説明の簡略化のため、以下の実施の形態において、三元触媒６の上流側の空燃比センサ８を「上流センサ」、下流側の空燃比センサ１０を「下流センサ」とも称することとする。
　図１のシステムは制御装置１２を備えている。制御装置１２は、内燃機関２のシステム全体を総合制御する。制御装置１２の出力側には各種アクチュエータが接続され、入力側には空燃比センサ８、１０等の各種センサが接続される。制御装置１２は、各種センサ信号を受けて排気ガスの空燃比や機関回転数、その他内燃機関２の運転に必要な種々の情報を検出すると共に、所定の制御プログラムに従って各アクチュエータを操作する。なお、制御装置１２に接続されるアクチュエータやセンサは多数存在するが、本明細書においてはその説明は省略する。
［本実施の形態の空燃比センサの構成］
　図２は、本発明の実施の形態１の空燃比センサ８、１０の構成について説明するための模式図である。図２では、下流センサ１０を例にとって説明するが、本実施の形態１において上流センサ８と下流センサ１０とは同一の構成を有している。
　図２に示されるように、下流センサ１０は素子部１４を備えている。素子部１４は一端が閉じられた管状の構造を有している。管状に形成された素子部１４の内表面には大気側電極（図示せず）が形成されている。管状部の内部には外気が流入する構成となっており、これにより大気側電極は外気に接する。一方、管状部の外表面には排気側電極（図示せず）が形成されている。
　素子部１４は、カバー１６に覆われた状態で排気経路４に設置される。カバー１６にはその内部に排気ガスを導くための複数の通気穴（図示せず）が設けられている。素子部１４の排気側電極は、通気穴からカバー１６内に流入した排気ガスに晒される。
　カバー１６は、ハウジング１８により排気経路４の壁面４ａに固定されている。より具体的に、ハウジング１８は、排気経路４に取り付けられる部分においてカバー１６と係合し、カバー１６上縁部をかしめた状態で、下流センサ１０を排気経路壁面４ａに固定して保持している。
　カバー１６内部に空気がリークしないように、ハウジング１８内は種々の部材により密閉され、素子部１４が支持されている。具体的に例えば、ハウジング１８内部にはセラミック２０が嵌め込まれ、素子部１４が保持されている。セラミック２０とハウジング１８との隙間には、タルク材２２が埋め込まれている。またセラミック２０上部には、ガラス２４等が配置されている。このように下流側センサ１０の大気側電極（管状部内面）側と、排気側電極側とは遮蔽され、大気側と排気ガス側との間でガスのリークが防止されている。
　ところで、上流センサ８と下流センサ１０とは、排気経路４内に設置され、使用時には高温の排気ガスに晒される。このため、大気側と排気ガス側とが隔離された構成となっていても、実際には、図２の矢印（Ａ）に示すように、上記のシール構造となるセラミックやタルク材等をすり抜けて、ごく微量であるが大気がカバー１６内の排気ガス中にリークしている。
［本実施の形態１の上流センサ８の出力と空燃比］
　本実施の形態１のシステムにおいて制御装置１２が実行する制御には、上流センサ８及び下流センサ１０それぞれの出力に基づく空燃比の検出と、それを用いた種々の制御が含まれる。空燃比の検出において、上流センサ８及び下流センサ１０それぞれには、所定の電圧が印加される。上流センサ８及び下流センサ１０は、排気ガス中の空燃比センサの出力に影響を与えるリッチ成分及びリーン成分の濃度（以下「成分濃度」とも称する）に応じ、電流値である出力を発する。この電流値と空燃比とは、理論的には相関を有しており、この関係に基づいて、センサ出力から空燃比が求められる。
　図３は、本発明の実施の形態１の上流センサ８のセンサ出力と空燃比との対応関係を説明するための図である。図３において、横軸はセンサ出力、縦軸は空燃比を表している。上流センサ８のセンサ出力と空燃比との関係は、通常の限界電流式のセンサと同様のものであり、理論的に求められるものである。上流センサ８において、出力ゼロ点をストイキ（理論空燃比）点とし、出力がゼロより小さくなるに連れて、これに対応する空燃比が小さくなり、よりリッチ側の空燃比を示す。一方、出力がゼロより大きくなるに連れて、これに対応する空燃比が大きくなり、よりリーン側の空燃比を示す。空燃比センサの特性上、ゼロ点を境にその傾きが異なるが、センサ出力と空燃比とはほぼ比例的な関係を示す。
　上流センサ８は内燃機関２から排出された、三元触媒６通過前の排気ガスを検出対象としている。従って、排気ガスの成分濃度も高い。このような環境下では、上記のように多少の酸素リークが生じていても、センサ出力への影響はほとんど生じず、酸素のリークは無視することができる。従って、上流センサ８に対しては、図３の理論的な関係に示されるような出力と空燃比との関係が、関数やマップとして制御装置１２に記憶される。実際の使用時には、この関数やマップ等に基づいて、上流センサ８の出力に応じた空燃比が検出される。
［本実施の形態１の下流センサ１０の出力と空燃比］
　図４は、本実施の形態１の下流センサ１０のセンサ出力と空燃比との関係を説明するための図である。図４において、横軸はセンサ出力、縦軸は空燃比を表している。
　下流センサ１０は三元触媒６よりも下流に設置されており、三元触媒６で浄化された排気ガスを検出対象とする。特に、空燃比がストイキの近傍に制御されている場合、三元触媒６の浄化率も高い。従って、三元触媒６の下流では排気ガス中の各成分が非常に少なく、成分濃度が非常に薄くなっている。このためストイキ近傍では、極僅かにリークする酸素がセンサ出力に影響を与える。その結果、ストイキ近傍では下流センサ１０の出力は実際の排気ガスの空燃比対応した出力よりもリーン側にずれたものとなる。
　従って、この酸素リークによるリーン側への出力ずれを修正するため、本実施の形態１では、下流センサ１０の出力に対する空燃比が、上流センサ８の場合（図４中の破線（ａ）参照）に比べて、リッチ側にずれたものとなるように出力と空燃比との関係を設定する。つまり、図４に示されるようなゼロ点を含む所定範囲で、出力と空燃比との関係をリッチ側にずらして設定する。
　このような下流センサ１０の出力と空燃比との関係は、実験等により求められる。具体的には、例えば空燃比センサに評価ガスとして、Ｎ２１００％あるいはリッチガスとリーンガスとを当量比で完全燃焼させた、三元触媒６の下流を想定するごく低濃度の評価ガス等を供給し、センサ出力を検出、同様に、このガスから、図４に示されるような所定範囲において、連続的にリッチ側、リーン側に空燃比濃度を変化させ、これに対する出力を検出する。この出力と空燃比との関係に基づいて、下流センサ１０の、所定範囲における出力と空燃比との関係を定める。定められた関係は、予め制御装置１２に記憶する。
　実際の制御においては、上流センサ８と下流センサ１０との出力がそれぞれ検出され、上流センサ８及び下流センサ１０に対応して記憶された、それぞれの出力と空燃比との関係（図３、図４参照）に基づいて、それぞれの出力に応じた空燃比が算出される。
　以上説明したように、本実施の形態１において下流センサ１０の出力と空燃比との関係性は、ストイキ近傍におけるリークの影響が考慮されたものとなっている。従って、ストイキ近傍であっても、下流センサ１０の出力に応じてより正確に空燃比を検出することができる。従って、例えば、上流センサ８及び下流センサ１０の両出力に基づいて実行される空燃比フィードバック制御や、触媒劣化判定等の制御の精度を向上させることができる。
　なお、本実施の形態１では、下流センサ１０に応じた、出力と空燃比との関係を設定する場合について説明した。この出力と空燃比との関係は、上流センサ８の出力と空燃比との対応関係に対し、ストイキ近傍で同じ出力と空燃比との関係をリッチ側にシフトさせたものとなっている。そして、本実施の形態１では、下流センサ１０に関しても、検出された出力に応じて、予め設定された関係に基づいて、直接的に空燃比が求められるようになっている。
　しかし、この発明はこれに限るものではなく、例えば、下流センサ１０の出力又は空燃比に対し、ストイキ近傍の空燃比をリッチ側にシフトさせる方向の補正を行うものであってもよい。具体的に、例えば、まず、上流センサ８と下流センサ１０とは、同じ関係性、即ち上流センサ８の出力と空燃比との関係に基づき空燃比を演算する。その上で、ストイキ近傍では、演算された空燃比を下流センサ１０の出力に応じて設定された補正量により補正することにより、下流側の空燃比を求めることができる。
　あるいは、例えば、まず、下流センサ１０の出力を、検出された出力よりもリッチ側の出力となるように補正する。この補正された出力に応じて、上流センサ８と同じ出力と空燃比との関係性に基づいて空燃比を算出することで、下流側の空燃比を求めることができる。これら出力に基づく空燃比の演算方法は、以下の実施の形態についても同様に適用される。
　また、本実施の形態１では、排気経路４に三元触媒６のみを示し、その上流、下流のそれぞれに空燃比センサ８、１０が配置される場合について説明した。しかし、この発明はこのような構成に限るものではなく、例えば、直列かつ一体的に配置された２つの触媒を有するタンデム触媒を排気経路４に配置したものに適用することもできる。この場合、空燃比フィードバック制御の精度の向上の観点からは、上流センサ８をタンデム触媒上流に配置し、下流センサ１０をタンデム触媒内の２つの触媒の間に配置するのが好ましい。但し、空燃比センサ８、１０の設置位置は必ずしもこれに限られるものではない。これは以下の実施の形態についても同様である。
　また、本実施の形態１では、上流センサ８と下流センサ１０とは、同一の構成を有する限界電流式のセンサである場合について説明した。しかし、この発明において、触媒６の上流側のセンサについては、空燃比を検出することができる他のセンサを用いたものであってもよい。これは、以下の実施の形態についても同様である。
実施の形態２．
　実施の形態２のシステム及び空燃比センサ８、１０は、図１、図２に示したものと同様の構成を有している。実施の形態２のシステムは、下流センサ１０のストイキ近傍の出力と空燃比との関係性が、素子部１４の温度に応じて変更される点を除き、実施の形態１と同じものである。
　図５は、本発明の実施の形態２の下流センサ１０の出力と、空燃比との関係を説明するための図である。図５において、横軸はセンサ出力を示し、縦軸は空燃比を示している。また、図５では、実線（ａ）は素子部１４の温度が７５０℃の通常制御温度の場合、実線（ｂ）は、素子部１４の温度が８５０℃の高温の場合を表している。
　上述したように素子部１４の排気側（ケース１６内）への空気のリークについては、密閉している種々の部材が高温に晒されることにより生じる変形等が１つの原因となっている。つまり、空燃比センサ８、１０が使用されている温度が高くなるほど、空気のリーク量は多くなる。従って、高温の場合、ストイキ近傍では、下流センサ１０の出力にリークした酸素の影響が、より大きく現れる。
　温度に応じたリーク量の変化に対応するため、本実施の形態２では、素子部１４の温度に応じて、リッチ側へのシフト量を変化させる。具体的に、素子部１４の温度に対し、通常制御温度中心とする温度領域と、その温度領域より高い高温の場合の温度領域の２つの温度領域を設定する。その上で、温度領域ごとに、出力と空燃比との関係を定める。なお、この定められた関係において、素子部１４の温度が低温の温度領域にある場合のリッチ側へのシフト量（（ａ）参照）は、素子部１４の温度が高温の温度領域にある場合のシフト量（（ｂ）参照）よりも小さく設定する。つまり、高温である場合の方が、同一出力に対しリッチ側の空燃比を算出するように設定される。
　このような温度に応じた具体的なシフト量は、下流センサ１０ごとに、供給する排気ガスの濃度を変化させて、出力を検出する実験を、種々の温度環境下で行うことで求めることができる。このように求められた関係は、制御装置１２に温度と出力と空燃比との関係を定める関係式やマップ等として記憶される。内燃機関２の排気経路４に実際に下流センサ１０を設置して空燃比制御等に用いられる場合には、素子部１４のインピーダンスが検出され、これに基づき素子部１４の温度が推定される。推定された温度と下流センサ１０の出力の値とに応じて、制御装置１２に記憶されたマップに従って、空燃比が演算される。
　以上説明したように、実施の形態２によれば、温度の違いによる酸素のリーク量の違いを考慮して、下流センサ１０の出力と空燃比との関係が定義される。従って、リークした酸素による出力の影響をより小さく抑えて、三元触媒下流側においてもより正確に空燃比を把握し、高い精度で種々の制御を実行することができる。
　なお、本実施の形態２では、素子部の温度に対する温度領域を設定し、それぞれの場合に出力と空燃比との関係を定める場合について説明した。この例では、素子部１４の温度が高温の温度領域にある場合、低温の温度領域にある場合にくらべて、リッチ側の空燃比が算出されるようになっている。しかし、この発明において、素子部の温度に対する、出力と空燃比の設定方法は、このように２つの温度領域を定めたものに限るものではない。例えば、３段階、あるいはそれより多くの温度領域を設定し、この温度領域それぞれに対応してシフトさせた出力と空燃比との関係を設定し、段階的にリッチ側にシフトするようにしたものであってもよい。
　更には、素子部１４の温度が高くなるにつれて、無段階に徐々に、空燃比がリッチ側にシフトされるような設定であってもよい。具体的には、例えば、素子部１４の温度に応じて、下流センサ１０の基本の出力と空燃比との関係（図４参照）をシフトさせるような係数を設置し、温度に応じた係数と、出力と空燃比との関係から、温度に応じた空燃比を演算するものであってもよい。
　また、例えば、上流センサ８と下流センサ１０とで同一の出力との空燃比との関係に従って空燃比を算出することとし、下流センサ１０の出力、又は算出された空燃比を、温度に応じて更に補正するものであってもよい。この場合にも、下流センサ１０の出力又は空燃比を、温度に応じて段階的あるいは無段階に補正することで、リーク量を考慮したものとすることができる。
　また、本実施の形態２では、素子部１４の温度をインピーダンスに基づいて検出する場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、他の手段により温度を検出するものであってもよい。具体的には、例えば、素子部１４に温度センサを直接埋め込み、これにより温度を検出するものであってもよい。
実施の形態３．
　実施の形態３のシステム及び上流センサ８、下流センサ１０は、図１、図２に説明したものと同一の構成を有している。実施の形態３のシステムは、排気ガスの流量に応じてストイキ近傍での空燃比をシフトさせる点を除き、実施の形態１のシステムと同じ制御を行う。
　図６は、本実施の形態３における下流センサ１０の、排気ガス流量ごとの出力と空燃比との関係を説明するための図である。図６において横軸は出力を表し、縦軸は空燃比を表している。また、実線（ａ）側から実線（ｃ）側になるにつれて、排気ガス流量が大きくなった場合の関係を表す。
　内燃機関２から排出される排気ガスの量が増加するにつれて、下流センサ１０周囲の排気ガス流量も大きくなり、かつその流速が速くなる。このためリークした酸素が排気ガスの濃度に与える影響は小さくなる。
　従って、排気ガス流量が増加するに連れて、実線（ｃ）に示されるように、ストイキ近傍の所定領域でのリッチ側へのシフト量は小さくなる。つまり、所定領域のある出力が検出された場合に、それに基づいて求められる空燃比は、上流センサ８の同一出力に対応する空燃比よりもリッチ側にシフトされたものとなるが、そのシフト量は、排気ガス流量が小さい場合（実線（ａ）、（ｂ））に比べて小さなものとなる。
　一方、排気ガス流量が小さい場合には、実線（ａ）に示されるように、ストイキ近傍の所定領域での、リッチ側へのシフト量が大きくなる。この領域内の出力を出した場合に、それに基づいて求められる空燃比は、排気ガス流量が多い場合（実線（ｃ））や、上流センサ８の同一出力に対応する空燃比と比べ、大きくリッチ側に大きくシフトされたものとなる。
　図７は、本実施の形態３における、吸入空気量とセンサ出力と空燃比との関係を定めたマップについて説明するための図である。なお、図７では、マップのストイキ近傍の所定領域に該当する部分のみを表している。
　まず、本実施の形態３では、排気ガス流量に相関を有する値として、吸入空気量を用いる。図７に示すマップでは、吸入空気量を５つの領域にわけ、それぞれの領域ごとに、出力に応じた空燃比が定められている。
　図７に示されるように、ストイキ近傍の領域では、同一の出力に対して、吸入空気量が多い領域にある場合ほど、求められる空燃比がリーン側になるように設定されている。また、出力がストイキ近傍よりリッチ側、あるいはリーン側の値になると、その出力に対応して求められる空燃比は、吸入空気量が変化しても変化しない。一方、出力がストイキに近くなるほど、同一出力からも求められる空燃比の、吸入空気量に応じた変化量が大きくなるように設定されている。
　このような具体的な関係を定めたマップは、下流センサ１０ごとに、サンプルガスの流量と、空燃比とを変化させながら出力を検出する実験等を行うことで、設定することができる。定められたマップは予め制御装置１２に記憶される。
　図８は本発明の実施の形態３において制御装置１２が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。図８の処理は、空燃比の検出が要求された場合において実行されるサブルーチンである。
　図８のルーチンでは、下流センサ１０に基づく空燃比の算出処理が要求されると、まず、下流センサ１０の出力が取得される（Ｓ１０２）。次に、吸入空気量が取得される（Ｓ１０４）。ここで吸入空気量は、例えば、内燃機関２の吸気系に設置されたエアフロメータ（図示せず）の出力に基づき検出される。
　次に、空燃比が算出される（Ｓ１０６）。空燃比は、ステップＳ１０２で取得されたセンサ出力と、ステップＳ１０４で取得された吸入空気量とに応じ、制御装置１２に予め記憶されたマップに従って算出される。その後今回の処理が終了する。
　以上の処理により、下流センサ１０の出力に基づく空燃比は、吸入空気量（排気ガス流量）に応じストイキ近傍の酸素リークの影響を考慮したものとなる。従って、三元触媒６下流の空燃比をより正確に検出することができ、下流センサ１０の出力に応じた空燃比に基づく制御の精度を向上させることができる。
　なお、本実施の形態３では、排気ガス流量と相関を有する値として吸入空気量を用い、吸入空気量に応じたマップを設定する場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、排気ガス流量に相関を有する他のパラメータを用いることができる。具体的に例えば、下流センサ１０近傍にセンサを設置して排気ガス流量を直接検出し、これを用いるものであってもよい。
　また、本実施の形態３では、排気ガス流量に対し５つ領域を設定し、それぞれの領域と、出力と空燃比との関係を定めたマップを用いる場合について説明した。この例では、排気ガス流量が少ないある領域にある場合、排気ガス流量がその領域より多い領域にある場合に比べて、リッチ側の空燃比が算出されるようになっている。しかし、この発明において、排気ガス流量に対する領域の数は、５つに限るものではなく、２又はそれ以上の複数の領域に分けたものであっても良い。
　更には、排気ガス流量が多くなるにつれて、無段階に徐々に、空燃比がリッチ側へのシフト量が小さくなるような設定であってもよい。具体的には、例えば、排気ガス流量に応じて、下流センサ１０の基本の出力と空燃比との関係（図４参照）をシフトさせるような係数を設置し、排気ガス流量に応じた係数と出力と空燃比との関係から、排気ガス流量に応じた空燃比を演算するものであってもよい。
　また、例えば、上流センサ８と下流センサ１０とで同一の出力との空燃比との関係に従って空燃比を算出することとし、下流センサ１０の出力、又は算出された空燃比を、排気ガス流量に応じて補正するものであってもよい。この場合にも、下流センサ１０の出力又は空燃比を、排気ガス流量に応じて段階的あるいは無段階に補正することで、リーク量を考慮したものとすることができる。
　また、例えば以上の実施の形態３と、実施の形態２とを組み合わせて、素子部１４の温度、排気ガス流量とに応じて、ストイキ近傍における下流センサ１０の出力と空燃比との関係を、リッチ側にシフトさせるものとすることもできる。
実施の形態４．
　実施の形態４のシステム及び空燃比センサ８、１０は、図１、図２に説明したものと同一の構成のものである。実施の形態４のシステムは、出力と空燃比との関係を、排気ガスの温度に応じてシフトさせる点を除き、実施の形態１のシステムと同様の制御を行う。
　上記の実施の形態２のシステムは、素子部１４のインピーダンスを検出することで、素子部１４の温度を検出し、この温度が高い場合と低い場合とで、シフト量を異なるものとした。これは、下流センサ１０の温度が高くなるほどリーク量が大きくなることに対応するための制御である。
　しかしながら、素子部１４のインピーダンスは、下流センサ１０の使用により経年変化する。このため、インピーダンスから算出される素子部１４の温度に誤差が生じることが考えられる。一方、空燃比センサ８、１０の気密部（ハウジング１８等）の温度変化は、排気ガス温度ともある程度の相関を有し、排気ガス温度からも推定することができる。従って、本実施の形態４では、排気温センサ（図示せず）の出力に基づき排気ガス温度を求め、これに応じてシフト量を設定する制御を行う。
　但し、下流センサ１０の気密部は、排気経路４にセンサを取り付けるためのねじ部近傍のセンサ内部に構成されている。従って、検出された排気ガス温度を直接用いるのではなく、排気経路の伝熱等を考慮して適合されたなまし処理後の値又は１次応答遅れ計算後の値を、ここでは排気ガス温度として用いるものとする。
　なお、なまし処理後の値TEXSiは、次式（１）に従って算出される。
　　TEXSi＝（TEXSi-1×n＋TEXi）／（n＋1）　　　　・・・・（１）
　ここで、TEXSi、TEXSi-1は、それぞれｉ回目（今回）、i-1回目（前回）に演算された排気ガス温度のなまし値であり、TEXiは、i回目（今回）取得した排気ガス温度であり、nはなまし回数である。
　また、１次応答遅れ計算後の値TEXS_2は、次式（２）に従って算出される。
　　TEXS_2＝K（1－et/T）　　　　・・・・（２）
　ここで、kはゲイン（定数）、eはイクスポネンシャル関数(exponential function)、tは時間、Tは時定数である。
　図９は、本発明の実施の形態４において排気ガス温度ごとの、センサ出力と空燃比との関係を説明するための図である。図９において横軸はセンサ出力、縦軸は空燃比を表している。また、実線（ｄ）～（ｆ）は、各排気ガスの温度におけるセンサ出力と空燃比との関係を表し、実線（ｄ）側から（ｆ）側に行くに連れて排気ガス温度が高い場合をあらわしている。
　図９に示されるように、ストイキ近傍の所定領域のある同一出力に対して求められる空燃比は、下流センサ１０の方が、上流センサ８の場合よりもリッチ側の値となるように設定されている。更に図９の実線（ｆ）～（ｄ）に示されるように、同一の出力に対応する空燃比は、排気ガス温度が低い場合（実線（ｄ）参照）より、排気ガス温度が高い場合（実線（ｆ）参照）の方がリッチ側にシフトされている。
　図１０は、本実施の形態４における排気ガス温度とセンサ出力と空燃比との関係を定めたマップについて説明するための図である。なお、図１０では、マップのストイキ近傍の所定領域に該当する部分のみを表している。
　図１０に示されるマップでは、排気ガス温度に対する５つの温度領域が定められ、この領域ごとに、出力と空燃比との関係が定められている。このマップにおいて、ストイキ近傍の領域では、同一の出力に対して、排気ガス温度が高い領域にある場合ほど、空燃比はリッチになるように設定されている。また、出力がリッチ側、あるいはリーン側の値に偏ると、その出力に対応して求められる空燃比は、排気ガス温度が変化しても変化せず一定値を示す。一方、出力がストイキ（０）に近くなるほど、同一出力からも求められる空燃比の、排気ガス温度に応じた変化量が大きくなるように設定されている。
　図１０に示されるような排気ガス温度と出力と空燃比との具体的な関係を定めるマップは、各排気ガス温度下で、濃度とを変化させたサンプルガスを供給して出力を検出する実験等を行うことで設定することができる。設定されたマップは制御装置１２にあらかじめ記憶される。
　図１１は本発明の実施の形態４において制御装置１２が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。図１１の処理は、空燃比の検出の要求があった場合において実行されるサブルーチンである。
　図１１のルーチンでは、下流センサ１０に基づく空燃比の検出処理が要求されると、まず、下流センサ１０の出力が取得される（Ｓ２０２）。次に、排気ガス温度が取得される（Ｓ２０４）。排気ガス温度は、排気経路４に設置された排気温センサの出力に基づき検出される。
　次に、検出された排気ガス温度に対し、なまし処理の値又は１次応答遅れ計算後の値が演算される（Ｓ２０６）。これらの値は、上記式１又は式２に従って算出される。この値が、以下の空燃比の演算における排気ガス温度として用いられる。
　次に空燃比が算出される（Ｓ２０８）。空燃比は、ステップＳ２０２で取得されたセンサ出力と、ステップＳ２０６で取得された排気ガス温度とに応じ、制御装置１２に予め記憶されたマップに基づいて算出される。その後今回の処理が終了する。
　以上説明したように、本実施の形態４によれば、排気ガス温度によって下流センサ１０の気密部の温度をある程度推定することで、下流センサの経時劣化によるインピーダンスのずれの影響を受けることなく、下流センサ１０の酸素リーク量に応じて空燃比を検出することができる。
　なお、本実施の形態４では、排気ガス温度として、なまし処理後の値または一次応答遅れ計算後の値を用いる場合について説明した。しかし、この発明においては、このような処理を行わず、検出された排気ガス温度を直接用いて、空燃比を演算するものであってもよい。
　また本実施の形態４では、排気ガス温度に応じて、シフト量を設定する場合について説明した。しかし、気密部の温度に関連する温度としては、排気ガス温度に限るものではない。例えば、三元触媒の触媒温度に応じてシフト量を設定するものであってもよい。また、排気ガス温度を、内燃機関２の制御パラメータから推定したものであってもよい。
　また、本実施の形態４では、排気ガス温度に対し５つ領域を設定し、それぞれの領域と、出力と空燃比との関係を定めたマップを用いる場合について説明した。この例では、排気ガス温度が高いある領域にある場合、排気ガス温度がその領域より低い領域にある場合に比べて、リッチ側の空燃比が算出されるようになっている。しかし、この発明において、排気ガス温度に対する領域の数は、５つに限るものではなく、適宜、領域の数を設定することができる。
　更には、排気ガス温度が高くなるにつれて、無段階に徐々に、空燃比がリッチ側へのシフト量が大きくなるような設定であってもよい。具体的には、例えば、排気ガス温度に応じて、下流センサ１０の基本の出力と空燃比との関係（図４参照）をシフトさせるような係数を設置し、排気ガス温度に応じた係数と出力と空燃比との関係から、排気ガス温度に応じた空燃比を演算するものであってもよい。
　また、この発明では、例えば、上流センサ８と下流センサ１０とで同一の出力との空燃比との関係に従って空燃比を算出することとし、下流センサ１０の出力、又は算出された空燃比を、排気ガス温度に応じて補正するものであってもよい。この場合にも、下流センサ１０の出力又は空燃比を、排気ガス温度に応じて段階的あるいは無段階に補正することで、リーク量を考慮したものとすることができる。
　また、実施の形態２では、素子部１４の温度に応じて空燃比がシフトされ、本実施の形態３では、排気ガス流量に応じて空燃比がシフトされ、実施の形態４では、排気ガス温度に応じて空燃比がシフトされる場合について説明した。この発明は、これらを別個独立して行うものに限るものではなく、これらの２つ、あるいは全てを組み合わせて、空燃比を検出するものとしてもよい。
　なお、以上の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、この実施の形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
　　２　内燃機関
　　４　排気経路
　　４ａ　排気経路壁面
　　６　三元触媒
　　８　上流センサ（空燃比センサ）
　　１０　下流センサ（空燃比センサ）
　　１２　制御装置
　　１４　素子部
　　１６　カバー
　　１８　ハウジング
　　２０　セラミック
　　２２　タルク材
　　２４　ガラス

Claims (22)

  1. 　内燃機関の排気経路の触媒より下流側に設置された限界電流式の空燃比センサである下流センサの出力を検出する検出手段と、
    　前記下流センサの出力に応じて、前記触媒下流の排気ガスの空燃比を演算手段と、
    　を備え、
    　前記下流センサの出力が、理論空燃比に応じた出力を含む所定範囲内にある場合、
    　前記下流センサの出力と前記演算手段により演算される空燃比との関係は、内燃機関の排気経路の触媒よりも上流側に設置される、前記下流センサと同様のセンサである上流センサの出力と空燃比との対応関係よりも、リッチ側にずれたものであることを特徴とする空燃比検出装置。
  2. 　前記演算手段により演算される空燃比は、
    　前記下流センサの出力が、前記所定範囲内にある場合、
    　前記上流センサの前記対応関係において該出力と同じ値の出力に対応する空燃比よりも、リッチ側の値であることを特徴とする請求項１に記載の空燃比検出装置。
  3. 　前記下流センサの出力が、前記所定範囲内にある場合、
    　前記下流センサの出力に応じて前記演算手段により演算される空燃比と、前記上流センサの前記対応関係に基づいて上流センサの出力に応じて演算される空燃比とが同一であるとき、前記下流センサの出力の値は前記上流センサの出力の値よりもリーン側の値であることを特徴とする請求項１又は２に記載の空燃比検出装置。
  4. 　前記下流センサの素子部の温度を検出又は推定する手段を、更に備え、
    　前記下流センサの出力が前記所定範囲内にある場合において、
    　前記下流センサの出力と該出力に基づいて演算される空燃比との関係は、前記素子部の温度が高い場合、前記素子部の温度が低い場合よりもリッチ側にずれたものであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の空燃比検出装置。
  5. 　前記内燃機関の排気経路に排出される排気ガス流量を検出又は推定する手段を、更に備え、
    　前記下流センサの出力が前記所定範囲内にある場合において、
    　前記下流センサの出力と該出力に基づいて演算される空燃比との関係は、前記排気ガス流量が少ない場合、前記排気ガス流量が多い場合よりも、リッチ側にずれたものであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の空燃比検出装置。
  6. 　前記内燃機関の排気経路に排出される排気ガス温度を検出又は推定する手段を、更に備え、
    　前記下流センサの出力が前記所定範囲内にある場合において、
    　前記下流センサの出力と該出力に基づいて演算される空燃比との関係は、前記排気ガス温度が高い場合、前記排気ガス温度が低い場合よりもリッチ側にずれたものであることを特徴とする請求項１から５のいずか１項に記載の空燃比検出装置。
  7. 　前記演算手段は、
    　前記上流センサの前記対応関係と同様の関係に基づいて、前記下流センサの出力に応じた空燃比を演算する第１手段と、
    　前記下流センサの出力が前記所定範囲内にある場合、前記演算された空燃比をリッチ側の空燃比となるように補正する第２手段と、
    　を備えることを特徴とする請求項１に記載の空燃比検出装置。
  8. 　前記下流センサの素子部の温度を検出又は推定する手段を、更に備え、
    　前記第２手段は、前記素子部の温度が高い場合、前記素子部の温度が低い場合よりも、該空燃比をリッチ側に補正することを特徴とする請求項７に記載の空燃比検出装置。
  9. 　前記内燃機関から排出される排気ガス流量を検出又は推定する手段を、更に備え、
    　前記第２手段は、前記排気ガス流量が少ない場合、前記排気ガス流量が多い場合よりも、該空燃比をリッチ側に補正することを特徴とする請求項７または８に記載の空燃比検出装置。
  10. 　前記内燃機関から排気される排気ガスの温度を検出又は推定する手段を、更に備え、
    　前記第２手段は、前記排気ガス温度が高い場合、前記排気ガス温度が低い場合よりも、該空燃比をリッチ側に補正することを特徴とする特徴とする請求項７から９のいずれか１項に記載の空燃比検出装置。
  11. 　前記演算手段は、
    　前記下流センサの出力が前記所定範囲内にある場合に、該出力をリッチ側の値に補正する第３手段と、
    　前記補正された出力に応じて、前記上流センサの前記対応関係と同様の関係に基づいて空燃比を演算する第４手段と、
    　を備えることを特徴とする請求項１に記載の空燃比検出装置。
  12. 　前記下流センサの素子部の温度を検出又は推定する手段を、更に備え、
    　前記第３手段は、
    　前記素子部の温度が高い場合、前記素子部の温度が低い場合よりも、該出力をリッチ側に補正することを特徴とする請求項１１に記載の空燃比検出装置。
  13. 　前記内燃機関から排出される排気ガス流量を検出又は推定する手段を、更に備え、
    　前記第３手段は、前記排気ガス流量が少ない場合、前記排気ガス流量が多い場合よりも、該出力をリッチ側に補正することを特徴とする請求項１１または１２に記載の空燃比検出装置。
  14. 　前記内燃機関から排気される排気ガスの温度を検出又は推定する手段を、更に備え、
    　前記第３手段は、前記排気ガス温度が高い場合、前記排気ガス温度が低い場合よりも、該出力をリッチ側に補正することを特徴とする特徴とする請求項１１から１３のいずれか１項に記載の空燃比検出装置。
  15. 　内燃機関の排気経路の触媒より下流側に設置された限界電流式の空燃比センサである下流センサの出力を検出し、前記下流センサの出力に応じて、前記触媒下流の排気ガスの空燃比を演算する空燃比検出方法において、
    　前記下流センサの出力が、理論空燃比に対応する出力を含む所定範囲内にある場合、
    　前記下流センサの出力と該出力に応じて演算される空燃比との関係は、内燃機関の排気経路の触媒よりも上流側に設置される、前記下流センサと同様のセンサである上流センサの出力と空燃比との対応関係より、リッチ側にずれたものであることを特徴とする空燃比検出方法。
  16. 　前記下流センサの出力が、前記所定範囲内にある場合、
    　該出力に応じて演算される空燃比は、前記上流センサの前記対応関係において該出力と同じ値の出力に対応する空燃比よりも、リッチ側の値であることを特徴とする請求項１５に記載の空燃比検出方法。
  17. 　前記下流センサの出力が前記所定範囲内にある場合において、
    　前記下流センサの出力に応じて演算される空燃比と、前記上流センサの前記対応関係に基づいて前記上流センサの出力に応じて演算された空燃比とが同一であるとき、前記下流センサの出力の値が、前記上流センサの出力の値よりもリーン側の値であることを特徴とする請求項１５に記載の空燃比検出方法。
  18. 　前記上流センサの対応関係と同様の関係に基づいて、前記下流センサの出力に応じた空燃比を演算し、
    　前記下流センサの出力が前記所定範囲内にある場合、前記演算された空燃比を、リッチ側に補正する
    　ことを特徴とする請求項１５に記載の空燃比検出方法。
  19. 　前記下流センサの出力が前記所定範囲内にある場合に、該出力をリッチ側の値に補正し、
    　前記補正された出力に応じて、前記上流センサの前記対応関係と同様の関係に基づいて空燃比を演算する、
    　ことを特徴とする請求項１５に記載の空燃比検出方法。
  20. 　前記下流センサの素子部の温度を検出又は推定し、
    　前記下流センサの出力が前記所定範囲内にある場合において、前記下流センサの出力に応じて演算される空燃比は、前記素子部の温度が高い場合、前記素子部の温度が低い場合に該出力と同じ値の出力に応じて演算される空燃比よりも、リッチ側の値とする
    　ことを特徴とする請求項１５から１９のいずれか１項に記載の空燃比検出方法。
  21. 　前記内燃機関の排気経路に排出される排気ガス流量を検出又は推定し、
    　前記下流センサの出力が前記所定範囲内にある場合において、
    　前記下流センサの出力に応じて演算される空燃比は、前記排気ガス流量が少ない場合、前記排気ガス流量が多い場合に該出力と同じ値の出力に応じて演算される空燃比よりも、リッチ側の値とする
    　ことを特徴とする請求項１５から２０のいずれか１項に記載の空燃比検出方法。
  22. 　前記内燃機関の排気経路に排出される排気ガス温度を検出又は推定し、
    　前記下流センサの出力が前記所定範囲内にある場合において、
    　前記下流センサの出力に応じた空燃比は、前記排気ガス温度が高い場合、前記排気ガス温度が低い場合に該出力と同じ値の出力に応じて演算される空燃比よりも、リッチ側の値とする
    　ことを特徴とする請求項１５から２１のいずか１項記載の空燃比検出方法。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114720133B (zh) * 2022-04-19 2024-06-18 潍柴动力股份有限公司 一种大功率气体机空燃比的标定方法及标定系统

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1193744A (ja) 1997-09-19 1999-04-06 Toyota Motor Corp 内燃機関の排気浄化装置
JP2001234789A (ja) * 2000-02-23 2001-08-31 Nissan Motor Co Ltd 内燃機関の空燃比制御装置
JP2003097334A (ja) 2001-09-19 2003-04-03 Toyota Motor Corp 内燃機関の触媒劣化検出装置
JP2005248914A (ja) 2004-03-08 2005-09-15 Toyota Motor Corp 内燃機関の空燃比制御装置
JP2006002579A (ja) 2004-06-15 2006-01-05 Nissan Motor Co Ltd 内燃機関の空燃比制御装置
JP2006010583A (ja) 2004-06-28 2006-01-12 Denso Corp ガス濃度検出装置
JP2006291893A (ja) 2005-04-13 2006-10-26 Toyota Motor Corp 酸素センサ及び空燃比制御システム
JP2007232709A (ja) * 2006-02-03 2007-09-13 Toyota Motor Corp 空燃比センサの故障検出装置
JP2008014670A (ja) * 2006-07-03 2008-01-24 Toyota Motor Corp 排気ガスセンサの異常診断装置
JP2009024613A (ja) * 2007-07-20 2009-02-05 Toyota Motor Corp 内燃機関の触媒の劣化度合い取得装置

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3809154C1 (ja) * 1988-03-18 1988-12-08 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart, De
JPH07116931B2 (ja) * 1991-12-19 1995-12-18 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の触媒劣化判別装置
JP3179920B2 (ja) * 1993-02-12 2001-06-25 株式会社日立製作所 内燃機関の触媒診断装置
US5379590A (en) * 1993-10-06 1995-01-10 Ford Motor Company Air/fuel control system with hego current pumping
US5528899A (en) * 1993-12-13 1996-06-25 Nippondenso Co., Ltd. Air-fuel ratio control apparatus for internal combustion engines
US5497618A (en) * 1994-09-30 1996-03-12 Ford Motor Company Air/fuel control system with catalytic converter monitoring
JP3262682B2 (ja) * 1994-11-14 2002-03-04 株式会社豊田中央研究所 空燃比センサ特性解析装置
US5845489A (en) * 1995-11-08 1998-12-08 Denso Corporation Abnormality detector for air-fuel ratio control system
US6021758A (en) * 1997-11-26 2000-02-08 Cummins Engine Company, Inc. Method and apparatus for engine cylinder balancing using sensed engine speed
DE60116158T2 (de) 2000-02-23 2006-06-29 Nissan Motor Co. Ltd. Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Steuerungssystem
US6739177B2 (en) * 2001-03-05 2004-05-25 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Combustible-gas sensor, diagnostic device for intake-oxygen concentration sensor, and air-fuel ratio control device for internal combustion engines
US7198952B2 (en) 2001-07-18 2007-04-03 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Catalyst deterioration detecting apparatus and method
DE10254704A1 (de) * 2002-11-23 2004-06-17 Adam Opel Ag Verfahren zur Diagnose der Funktionsfähigkeit einer Abgas-Katalysatoreinheit
JP4093190B2 (ja) * 2003-03-31 2008-06-04 株式会社デンソー ガス濃度検出装置
JP2005133620A (ja) 2003-10-29 2005-05-26 Toyota Motor Corp 内燃機関の排気浄化装置
JP2007032438A (ja) * 2005-07-27 2007-02-08 Toyota Motor Corp 内燃機関の空燃比制御装置
JP2007212405A (ja) * 2006-02-13 2007-08-23 Denso Corp ガスセンサ、並びにこれを用いたガス濃度検出システム及びその製造方法
JP4329799B2 (ja) * 2006-09-20 2009-09-09 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の空燃比制御装置
JP2009002251A (ja) * 2007-06-22 2009-01-08 Toyota Motor Corp 内燃機関の空燃比制御装置
JP5062529B2 (ja) * 2008-02-28 2012-10-31 トヨタ自動車株式会社 触媒の劣化を診断するための装置及び方法
JP5045820B2 (ja) * 2009-01-28 2012-10-10 トヨタ自動車株式会社 多気筒内燃機関の監視装置
US8670917B2 (en) * 2009-10-06 2014-03-11 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Air-fuel-ratio imbalance determination apparatus for internal combustion engine
JP2011163229A (ja) * 2010-02-10 2011-08-25 Toyota Motor Corp 多気筒内燃機関の気筒間空燃比インバランス判定装置

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1193744A (ja) 1997-09-19 1999-04-06 Toyota Motor Corp 内燃機関の排気浄化装置
JP2001234789A (ja) * 2000-02-23 2001-08-31 Nissan Motor Co Ltd 内燃機関の空燃比制御装置
JP2003097334A (ja) 2001-09-19 2003-04-03 Toyota Motor Corp 内燃機関の触媒劣化検出装置
JP2005248914A (ja) 2004-03-08 2005-09-15 Toyota Motor Corp 内燃機関の空燃比制御装置
JP2006002579A (ja) 2004-06-15 2006-01-05 Nissan Motor Co Ltd 内燃機関の空燃比制御装置
JP2006010583A (ja) 2004-06-28 2006-01-12 Denso Corp ガス濃度検出装置
JP2006291893A (ja) 2005-04-13 2006-10-26 Toyota Motor Corp 酸素センサ及び空燃比制御システム
JP2007232709A (ja) * 2006-02-03 2007-09-13 Toyota Motor Corp 空燃比センサの故障検出装置
JP2008014670A (ja) * 2006-07-03 2008-01-24 Toyota Motor Corp 排気ガスセンサの異常診断装置
JP2009024613A (ja) * 2007-07-20 2009-02-05 Toyota Motor Corp 内燃機関の触媒の劣化度合い取得装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2784293A4

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