(57)【要約】【構成】シリンダ内イオンセンサ２４が、エンジン始動時に、空燃混合ガスの空燃比を表す信号を発信する。電子制御装置１２のフィードバック信号として空燃比を表す信号を使用して、搭載した酸素センサを暖めることができる前に、始動してから初期運転期間時に、始動制御を閉ループで行う。機能を発揮する温度に達した後、酸素センサ３０が適応較正手段として使用される信号を発生し、電子信号装置によってイオンセンサ信号を較正し、この信号を使用して、始動時に空燃比を制御する。
2005530087.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の少なくとも一つの燃焼室と密に連絡するイオンセンサを配設した内燃機関の始動時に排気ガス排出物を制御する方法において、
空燃混合ガスを内燃機関の上記燃焼室に導入し、
この燃焼室内で空燃混合ガスを燃焼させ、
燃焼空燃混合ガスの酸素含量を表す値をもつ正電荷イオンを発生し、
燃焼空燃混合ガスに存在するイオンの大きさを検出するとともに、燃焼空燃混合ガスに存在するイオンの大きさと相関関係をもつ第１信号を発生し、
この燃焼混合ガスに存在するイオンの大きさと相関関係をもつ第１信号を、理想的な燃焼空燃混合ガスに存在するイオンの所望の大きさを表す値と比較して内燃機関から排出された排気ガスに存在する望ましくない燃焼生成物を抑制し、
第１信号と、この第１信号の望ましい値との間の差を決定し、
第１信号と、この第１信号の望ましい値との間の差と相関関係をもつ第２信号を発生し、そして
この第２信号の値に従って上記燃焼室内へ導入する上記混合ガスの空燃比を調節することを特徴とする排気ガス排出物の制御方法。
【請求項２】
上記内燃機関が、この内燃機関の燃焼室内に配設された火花点火装置を有し、上記の燃焼空燃混合ガスに存在するイオンの大きさを検出するさいに、上記火花点火装置を使用して上記燃焼混合ガスに存在するイオンの大きさと相関関係をもつ上記第１信号を発生する請求項１記載の排気ガス排出物の制御方法。
【請求項３】
上記内燃機関が、上記燃焼室から排気ガスを排出する排気弁に近接して上記内燃機関の排気マニホルド内に配設されたイオンセンサを有し、上記の燃焼空燃混合ガスに存在するイオンの大きさを検出するさいに、排気弁に近接して配設されたイオンセンサを使用して上記燃焼空燃混合ガスに存在するイオンの大きさを検出する請求項１記載の排気ガス排出物の制御方法。
【請求項４】
上記内燃機関が、この内燃機関の排気システム内に配設された酸素センサを有し、
この酸素センサをその機能を発揮する温度に加熱するとともに、上記燃焼室から排出される排気ガスの酸素含量を表す第３信号を発生し、
この第３信号を受信し、
受信された第３信号を、上記燃焼空燃混合ガスに存在するイオンの大きさと相関関係をもつ上記第１信号と比較し、
上記第１信号および上記第３信号の値の差を決定し、そして
上記燃焼空燃混合ガスに存在するイオンの大きさと相関関係をもつ値を有する上記第１信号を較正して上記第１信号の値を上記酸素センサが発生する上記第３信号と一致させる請求項１記載の排気ガス排出物の制御方法。
【請求項５】
上記燃焼空燃混合ガスに存在するイオンの大きさと相関関係をもつ上記第１信号の値を、理想的な燃焼空燃混合ガスのイオンの所望の大きさを表す値と比較して上記内燃機関から排出される排気ガス内の望ましくない燃焼生成物を抑制するさいに、上記の較正された第１信号の値を望ましいイオンの大きさを表す値と比較する請求項４記載の排気ガス排出物の制御方法。
【請求項６】
上記内燃機関が、上記燃焼室内に配設された火花点火装置を有し、第１信号と第１信号の望ましい値との差と相関関係をもつ、上記の発生された第２信号と一致するように、上記火花点火装置からの電気放電のタイミングを制御する請求項１記載の排気ガス排出物の制御方法。
【請求項７】
上記内燃機関が、可変弁作動システムを有し、上記燃焼空燃混合ガスに存在するイオンの大きさと相関関係をもつ第１信号の値をシリンダのミスファイヤを表す値と比較するとともに、信号を上記可変弁作動システムに発信してミスファイヤが検出されたシリンダの吸気弁または排気弁の少なくとも一つを停止する請求項１記載の排気ガス排出物の制御方法。
【請求項８】
上記内燃機関が、シリンダ停止システムを有し、上記燃焼空燃混合ガスに存在するイオンの大きさと相関関係をもつ第１信号の値をシリンダのミスファイヤを表す値と比較するとともに、信号を上記シリンダ停止システムに発信してミスファイヤが検出されたシリンダの吸気弁または排気弁の少なくとも一つを停止する請求項１記載の排気ガス排出物の制御方法。
【請求項９】
少なくとも一つの燃焼室をもつ内燃機関の始動時に排気ガス排出物を制御する装置において、
この燃焼室に密に流体連絡するイオンセンサと、
上記燃焼室内で燃焼した空燃混合ガスに存在するイオンの大きさを表す信号を上記イオンセンサから受信し、このイオンセンサから受信した信号の値を燃焼空燃混合ガスに存在するイオンの望ましい値と比較して上記内燃機関から排出される排気ガス中の望ましくない燃焼生成物を抑制し、酸素センサから受信した信号の検出値と燃焼混合ガス中のイオンの望ましい値との差を表す制御信号発生するエンジン制御装置と、そして
上記エンジン制御装置が発生する制御信号の一つを受信し、この制御信号に従って上記エンジンに燃料を噴射する燃料噴射器を有することを特徴とする制御装置。
【請求項１０】
上記イオンセンサが、先端部分が上記燃焼室内に配設され、上記エンジン制御装置が発生する制御信号の別な一つの信号を受信し、この制御信号に従って上記燃焼室内に電気放電を発生する点火プラグを有する請求項９記載の制御装置。
【請求項１１】
上記内燃機関が、上記燃焼室と流体連絡する排気システムを有し、上記燃焼室からこの排気システムへの燃焼ガスの排出を制御する排気弁に隣接する上記排気システム中の位置に上記イオンセンサを配設した請求項９記載の制御装置。
【請求項１２】
上記内燃機関が、上記燃焼室と流体連絡する排気システムを有し、上記内燃機関の上記燃焼室から排出される排気ガスに存在する酸素の量と相関関係をもつ信号を発生する酸素センサをこの排気システム内に配設し、上記エンジン制御装置によってこの酸素センサが発生する信号を受信するとともに、上記燃焼室内で燃焼した空燃混合ガスに存在するイオンの大きさを表す、上記イオンセンサが発生する信号を較正する請求項９記載の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は全体として内燃機関の排気ガス排出物の制御、具体的には、始動時の排出物を制御することに関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｏ２センサ、ラムダセンサあるいは排気ガス酸素（ＥＧＯ）センサと呼ばれることが多い酸素センサは、内燃機関、特に燃料噴射式ガソリンエンジンに使用する最も重要なセンサの一つである。酸素センサは点火プラグにある程度似ている外観をもち、好ましくは排気ポートに接近した状態で触媒コンバータ上流の排気マニホルド内に配設されるものである。運転温度では、酸素センサは、排気ガスの酸素濃度と周囲空気の酸素濃度との差に基づいて電圧を発生する小型の電池になる。従って、酸素センサの場合、排気流れの酸素の量を示す電気信号、空燃（Ａ／Ｆ）比などの一つかそれ以上のパラメータを制御する電子制御装置（ＥＣＵ）に送信することが容易である。このように、酸素センサの大きな利点は、ＥＣＵに与えられる信号を通じて、一酸化炭素、窒素の酸化物や未燃焼炭化水素類などの排出物を制御できる能力である。
【０００３】
ところが、酸素センサの場合、機能を発揮させる前に少なくとも約３００℃（約６００°Ｆ）の温度に加熱しなければならず、機能を発揮する最良の温度は約７５０℃（約１，４００°Ｆ）である。酸素センサが運転温度に達する前に、例えば始動後約１〜２分で、自動車の電子制御装置はいわゆる“オープン・ループ（ｏｐｅｎ  ｌｏｏｐ）”になる。この状態では、ＥＣＵは酸素センサが与える情報の受け入れを拒否し、空燃比を制御する予め設定された値に頼って作動する。この結果、一般的には、燃料がリッチな状態が発現し、エンジンの始動問題を緩和できる。
【０００４】
新しいエンジンデザインを承認するために使用される試験手順を定めているＥＰＡ連邦試験手順（ＦＴＰ７５）では、運転シミュレーションサイクルとしてエンジンを２，４７７秒、１１．１マイル運転することを要求している。また、この手順では、２０〜３０℃の周囲温度で一夜（１２時間）クールダウンした後にエンジンを始動する。２０〜３０℃では、十分に揮発し、蒸発するガソリン成分はそのうちの約１０％程度に過ぎない。例えば、ガソリンエンジンの場合、エンジンが軽質留分のみで始動できるように“最も軽い留分”を十分な量で与える、十分に過剰な燃料によって始動を行う。ＥＰＡ連邦試験手順７５を行うさい、エンジンを始動してから最初の６０〜１２０秒以内で、試験中にテール・パイプから発生する全炭化水素排出物の約６０〜８０％が発生することが認められている。
【０００５】
従って、始動時の炭化水素排出物の大きな発生源は、始動時のエンジン表面に噴霧されたときにガソリンが簡単に蒸発できないことを原因とするエンジンのミスファイヤである。例えば、燃料の噴射ターゲットは、一般的にいってエンジン吸気システムのうち最も高温になる吸気弁の背部であるが、吸気弁の背部を加熱するためには、エンジン始動後、約１分必要である。始動中に発生する高いテール・パイプ炭化水素（ＨＣ）排出物の他の発生源には、空燃（Ａ／Ｆ）比の制御がうまくいかないため（なお、触媒コンバータの汚染源の抑制効率は５０％を越えない−これは“ｌｉｇｈｔ−ｏｆｆ”と呼ばれている）や排気ガス酸素（ＥＧＯ）センサが暖まる前のオープン・ループ制御を原因とする不十分なＡ／Ｆ比によるミスファイヤがある。
【０００６】
空燃比を酸素センサによって制御するエンジンの場合、他の制御方法を利用して、エンジン始動時の排出物を抑制する必要がある。例えば、始動時にＡ／Ｆ比制御がうまく機能しない問題を解決するために、２０００年１２月１９日に発行され、Ｈａｍｂｕｒｇなどを発明者とし、かつ“Ｅｎｇｉｎｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｗｉｔｈ  Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｃｏｌｄ−ＳｔａｒｔＡｉｒ／Ｆｕｅｌ  Ｒａｔｉｏ  Ｃｏｎｔｒｏｌ”を発明の名称とするＵＳＰ６，１６１，５３１には、ＥＧＯセンサを使用することによって、始動時の予め設定されたパラメータを調節または変更する適応補正方法が記載されている。この適応補正方法は、予め用意された補正表に基づくオープン・ループ補正である。即ち、発明者のＨａｍｂｕｒｇなどはＥＧＯセンサを利用して、始動空燃比制御に使用される表を補正している。
【０００７】
また、始動時の排出物を抑制するためによく利用されている他の方法では、空燃混合ガスを加熱して、空燃混合ガスの初期濃厚化、（ＣＯＨ２へのリホーミングを含む）エンジン改造、および触媒コンバータの排気ポートへの密接結合に伴う問題を抑えている。始動時の排出物を抑制するさらに別な方法としては、点火タイミングの遅延、排気システムへのトラップの配設、触媒コンバータ上流における二次酸素噴射の利用、オープン・ループ制御時間を短縮するために迅速に暖めることができる酸素センサの利用などがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、始動時に排気ガス排出物を制御する従来の方法に伴う上記問題を解決することを対象とする。有効な閉ループ制御を利用して、始動時の空燃比を調節ことが望ましい。また、通常のエンジン運転時に閉ループ制御に使用されるセンサを適応較正する閉ループシステムによって始動時の排出物を制御する方法も望まれている。
【特許文献１】米国特許第６，１６１，５３１号
【課題を解決するための手段】
【０００９】
イオンセンサを内燃機関の燃焼室の内部かあるいはその近接位置に配設した内燃機関の始動時に排気ガス排出物を制御する本発明の一つの態様では、燃焼室内に空燃混合ガスを導入し、燃焼室内でこの空燃混合ガスを燃焼させ、空燃混合ガスの酸素含量を表す大きさをもつ複数の正電荷イオンを発生する。燃焼空燃ガスに存在するイオンの量をイオンセンサによって検出し、これによって燃焼混合ガスの酸素含量を表す信号を発生する。燃焼空燃混合ガスの酸素含量を表す信号を理想的な燃焼空燃混合ガスの生成するイオンを表す望ましい値と比較する。燃焼空燃混合ガスに存在するイオンの検出値と燃焼空燃混合ガス中のイオンの望ましい値との間に差がある場合には、これを求め、検出値と所望値との間の差と相関関係をもつ信号を発生する。燃焼空燃混合ガス中のイオンの検出値と所望値との差と相関関係をもつ発生信号に従って燃焼室内に導入された空燃混合ガスの混合比を制御する信号を調節する。
【００１０】
始動時の排気ガス排出物を制御する本発明方法の別な態様では、燃焼空燃混合ガスに存在するイオンの濃度を検出するセンサとして、点火プラグを燃焼室内に配設する。
【００１１】
始動時の排気ガス排出物を制御する本発明方法のさらに別な態様では、内燃機関の排気システムに配設した酸素センサをその機能を発揮する所定温度に加熱し、燃焼室から排出された排気ガスの酸素含量を表す酸素センサから信号を受信する。酸素センサから受信された信号は、イオンセンサからの信号を較正するために用いられる。
【００１２】
本発明のさらに別な態様は、内燃機関の始動時に排気ガス排出物を制御する装置を提供するものである。この装置は、燃焼室の内部かあるいはこれに近接して配設したイオンセンサおよび燃焼室内で燃焼された空燃混合ガスに存在するイオンの大きさと相関関係をもつ、イオンセンサからの信号を受信するエンジン制御装置で構成する。このエンジン制御装置で、イオンセンサから受信された信号の値を、燃焼空燃混合ガスに存在するイオンの望ましい値と比較して内燃機関から排出され排気ガス中の望ましくない燃焼生成物を抑制する。このエンジン制御装置は、さらに、燃焼空燃混合ガスに存在するイオンの検出値と燃焼混合ガス中のイオンの望ましい値との差に従って変調される制御信号を発生する。また、この装置は、燃焼室と流体連絡するように配設され、エンジン制御装置が発生する変調制御信号の一つを受信し、この変調制御信号に従って内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射器をもつ。
【００１３】
本発明の具体的な装置のさらに別な態様では、イオンセンサとして、先端部分が燃焼室内に配設され、エンジン制御装置が発生する変調制御信号の別な一つの信号を受信し、この変調制御信号に従って燃焼室内に電気放電を発生する点火プラグを使用する。
【００１４】
本発明の具体的な装置のさらに別な態様では、イオンセンサが発生する信号を較正して、イオンセンサ信号の値を内燃機関の排気システム内に配設された酸素センサが発生する信号に一致させる。
【００１５】
火花点火式エンジンの場合、炭化水素の燃焼反応時に化学イオン化プロセスによってイオン化を行う。これは、放出される反応エネルギーが反応生成物をイオン化するために十分大きい発熱反応である。火炎中の最も重要な化学イオン化反応式を挙げれば次の通りである。
2005530087.tif 000003
この反応後、支配的なＨ３Ｏ＋イオンが次式の電荷移動反応によって生成する。
2005530087.tif 000004
【００１６】
この反応は還元反応であり、速度は上記の化学イオン化反応より反応速度が速い。従って、Ｈ３Ｏ＋イオン濃度はＣＨＯ＋イオン濃度よりもかなり高い。即ち、（上記の式でＣＨによって表される）燃料の量が増える程、還元反応生成物中のＨ３Ｏ＋イオン濃度が高くなる。燃焼室内の温度が高くなるに従って、熱的イオン化プロセスによって遊離電子が誘導される。これは、次式で記述することができる。
2005530087.tif 000005
なお、Ｍは包括的な分子を意味し、Ｍ＋は前記反応によって生成するＨ３Ｏ＋などの包括的な陽イオンを意味し、ｅ−は電子を意味し、そしてＥｉｏｎはイオン化エネルギーを意味する。
【００１７】
化学イオン化および熱イオン化によって生成したイオンは、その後短時間で電子と再結合し、より安定な分子を構成する。最も高いイオン濃度は、１０１７〜１０１８イオン／ｍ３である。即ち、火炎反応域に存在する反応炭素原子１０６個につき約一つのイオン対である。燃焼後、イオン濃度は約１０１４イオン／ｍ３まで急減する。このように、燃焼室内における実際のイオン濃度は、初期燃焼反応で生成するＨ３Ｏ＋の量に大きく依存する。このような濃度が燃焼室内および排気ガス中に持続して存在し、燃焼室内か、あるいは排気弁付近の排気マニホルド内に配設されたセンサの電流源になる。これは、供給した混合ガスの空燃比および燃焼反応の完結度を示すものである。海面レベルにおける理想的な反応では、即ち化学量論的な反応では、空気の燃料に対する比は約１４．６である。また、空燃比が化学量論値付近の値から離れるように変化すると、内燃機関のシリンダ内ピークイオン化レベルが下がる。従って、シリンダ内のイオン化レベルと空燃比との間には相関関係があり、本発明ではこの相関関係を利用して、供給混合ガスの空燃比を制御する。
【００１８】
代表的な火花点火式ガソリンエンジンが発生するイオン化信号については、図３にＩＳで示す。点火指令ＩＣの直後に、点火指令ＩＣにより発生する火花によって、イオン化曲線ＩＳ上にスパイク（鋭い山形パルス）ｄが生じる。本発明の好適な実施態様では、山形パルスｄによって表されるイオン化信号ＩＳの部分は、以下に説明する計算に使用しない。即ち、本発明では、点ｂと点ｃとの間にあるイオン化信号ＩＳの部分を使用して、始動時に空燃比を制御する。
【００１９】
混合ガスの燃料および空気の相対量を定量化する場合には、従来と同様に、空燃等価比（以下単に等価比と呼ぶ）を使用する。この等価比は、化学量論的空燃比によって除した実際の空燃比である。従って、等価比が１．０の場合、実際の混合ガスは、化学量論的である。
【００２０】
イオン化信号ＩＳから等価比を計算するために使用するパラメータは、点ｂと点ｃとの間にあるイオン化曲線下の面積、イオン化曲線の振幅ａ、および点火指令ＩＣ後のピークイオン化信号ａの時間である。
【００２１】
エンジンの運転パラメータは、上記三つのイオン化信号特性に直接影響する。例えば、エンジン速度が速くなると、イオン化曲線下の面積およびイオン化信号の振幅が大きくなるが、点火指令後のピークイオン化信号曲線の時間間隔が短くなる。また、一定の速度で負荷がきわめて小さい負荷からより高い負荷に大きくなると、イオン化信号のピーク振幅が大きくなるが、極端ではない。また、負荷が大きくなると、点火指令後のイオン化信号ピークの時間間隔がより短くなる。イオン化信号曲線の形は、負荷がないか、あってもきわめて小さい場合の対称形から中程度の負荷がある場合の元の面積のちょうど半分まで変化する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、内燃機関の始動時に排気ガス排出物を制御する本発明方法および装置をより完全に理解してもらうために、添付図面について本発明を詳しく説明する。
【００２３】
始動時の排気ガス排出物を制御する装置の具体的に好ましい態様を図１に示す。火花点火式エンジンなどのエンジンは、エンジン制御装置（ＥＣＵ）１２を備えている。ＥＣＵ１２は、吸気弁３６の隣接位置において例えば吸気ポート３８内に配設された、燃料噴射器１８に信号１６を送信する燃料噴射器駆動装置１４を有する。また、ＥＣＵ１２は、信号線２２によって、エンジンの燃焼室内に配設された先端部分をもつ点火プラグ２４と電気的に連絡する点火／イオン検出モジュール２０も有する。図示の実施態様の場合、点火プラグ２４は、上記のように燃焼プロセス時に化学イオン化および熱イオン化によって発生したイオンの大きさを検出するとともに、信号線２２によって、空気と燃料の混合ガスの燃焼混合ガスに存在するイオンの大きさと相関する第１信号を伝達するイオンセンサを兼用する。さらに、ＥＣＵ１２は、燃焼室４０と排気ポート４４との間を連絡する排気弁４２と排気ガス触媒コンバータ３４との間にある位置においてエンジン１０の排気マニホルド３２内に配設されたＥＧＯセンサ３０から、燃焼室４０から排出された排気ガスの酸素含量を示す第３信号２８を受信するＥＧＯセンサ入力２６または酸素（Ｏ２）センサ入力２６を有する。
【００２４】
火花点火式エンジンまたは圧縮点火式エンジンにいずれにも応用できる別な実施態様の場合、ＥＣＵ１２は、弁作動駆動装置４７を有する。この弁作動駆動装置４７は、吸気弁３６に接続された第１弁作動装置４６に第１信号４５を送信し、吸気弁３６の可変弁を作動（ＶＶＡ）させるか、あるいは場合に応じて、燃焼室４０が構成するエンジンシリンダの動作を選択的に停止する。また、弁作動駆動装置４７は、排気弁４２に接続された第２弁作動装置４８に第２信号４９を送信し、吸気弁の可変弁を作動（ＶＶＡ）させるか、あるいは場合に応じて、エンジンシリンダの動作を選択的に停止する。
【００２５】
図２のフローチャートに、本発明を実施するさいに使用する信号およびアルゴリズムの処理の好ましい態様を示す。イオン検出点火プラグ２４として従来の点火プラグを使用するのが好ましく、この場合には、Ｏ２センサ３０などのように暖める時間は必要ない。燃焼が開始すると直ちに、イオン検出点火プラグ２４がシリンダ内イオン信号４８を発生する。
【００２６】
本発明の好適な実施態様では、以下の計算式に従って、シリンダ内イオン化信号４８、即ち図２のブロック５２によって示すイオン信号処理アルゴリズムから混合ガス等価比を計算する。
１）φＩＯＮ＝ｆ（Ａ，ｔ，Ｐ，Ｎ，Ｍ，Ｔ，Ｆ，Ｇ）
ただし、
φＩＯＮ：イオン化信号による混合ガスの等価比測定値、
Ａ：イオン化信号曲線下の面積、
ｔ：点火指令とイオン化信号曲線のピーク振幅との間の時間、
Ｐ：イオン化信号曲線のピーク振幅、
Ｎ：エンジン速度、
Ｍ：エンジントルク、
Ｔ：エンジン冷却液温度、
Ｆ：（添加剤を含む）燃料特性、および
Ｇ：点火プラグギャップ条件。
【００２７】
この関数は、図４にアーキテクチュアを示す回路網によって評価するのがベストである。この回路網モデルは、多層回路網であり、一つの隠された層と一つの出力層とからなる。図４に示した回路網モデルのＷ１．１は重みマトリックス、ｂ１．１はバイアスベクトル、ｆ１は隠された層の伝達関数である。同様に、Ｗ２．１は重みマトリックス、ｂ２．１はバイアスベクトル、ｆ２は隠された層の伝達関数である。
【００２８】
上記回路網構造の場合、空燃比、エンジン速度、エンジン負荷だけでなく冷却液温度を変更することによってオフラインで最初に仕込むことができる。空燃比測定値は、酸素センサ３０が機能を発揮する動作温度に達した後に酸素センサから得られる。これらのデータを利用して、回路網モデルを仕込むと、イオン化信号、エンジン速度、エンジン負荷、および冷却液温度から空燃比を予測することができる。
【００２９】
回路網の仕込みが完了した後、重みマトリックスが得られ、回路網が出力値φＩＯＮを次式に従って計算する。
２）φＩＯＮ＝ｆ（Ｗ・Ｘ＋ｂ）
ただし、
ｆ：回路網関数、
Ｗ：回路網の重みマトリックス、
Ｘ：入力ベクトル、および
ｂ：バイアスベクトル。
【００３０】
図２のブロック５６に示すように、エンジン速度およびエンジン負荷を後で反復できるアイドル条件でオフライン基準点較正を実行し、イオン化信号のオンライン較正を行い、燃料特性および点火プラグ状態を反映することが望ましい。
【００３１】
通常、点火プラグの場合、定期的なエンジン保守時に交換する。点火プラグを交換するさい、点火プラグのイオンセンサ機能を再較正する必要があるが、このプロセスは、Ｏ２センサ３０をその機能を発揮する温度に暖めた後、本発明に従ってＯ２センサ信号２８を使用してオンラインで行うことができる。
【００３２】
元の較正条件から変動するエンジン運転パラメータに関してオンラインで空燃比測定値を較正するためには、エンジン速度、エンジン負荷および冷却液温度のイオン化信号への影響が最小になるオンライン較正エンジン運転条件を選択する必要がある。
【００３３】
このオンライン較正を実行するために選択するエンジン運転条件としては、アイドル状態を選択することが好ましい。アイドル状態では、ＥＣＵ１２によって既知の値にエンジン速度を制御することが簡単である。エンジン冷却液のイオン化信号への影響は、主にイオン化信号曲線のピーク振幅と点火指令との間の時間間隔に現れ、イオン化信号のピークの面積および振幅には現れない。エンジン冷却液温度が高くなる程、ピークイオン化信号と点火指令との間の時間間隔が短くなる。この影響は、時間間隔と冷却液温度との間に相関関係を確立することによって代償できる。
【００３４】
酸素センサ３０がその機能を発揮する温度に達した後エンジンが正常に運転している間は、エンジン空燃比は、酸素センサが与える値に基づいてＥＣＵ３０によって制御する。一般的には、１．０の等価比値、即ち化学量論的混合ガスを与えるように空燃比を制御する。このような運転時、イオン化信号に基づく回路網空燃比予測モデルは、入力電流によってオンラインで仕込まれる。即ち、較正される。
【００３５】
上記のように、図２ブロック５６に示す、燃料特性および点火プラグ状態に変化をもたらすモデルのオンライン較正の場合は、エンジンがアイドル状態にあるときに実行するのが好ましい。アイドル状態では、エンジン速度やエンジン負荷などの、イオン化信号に影響する他の運転パラメータは、オフライン基準点較正条件の場合と同じである。従って、イオン化信号の現時点での測定値とオフライン較正との間の主要な違いが、燃料特性および点火プラグ状態の変動の原因と考えることができる。この差は、次の三つの項によって記述できる。
３）ΔＡ：イオン化曲線下の面積差、
４）Δｔ：点火指令とイオン化信号曲線のピーク振幅との間の時間間隔差、および
５）ΔＰ：イオン化曲線のピーク振幅差。
【００３６】
面積Ａ、時間間隔ｔおよびピーク振幅Ｐは、次式６）のように、それぞれ上記差の関数であり、またアイドル状態で得られる新しい値によって正規化される因子を掛けることによって補正する。
６）
2005530087.tif 000006
ただし、ΔＡ＝Ａｂａｓ_ｏｎｌｉｎｅ−Ａｂａｓ_ｉｎｉｔ、
Ａｍｅａ：面積の現時点での測定値、
Ａｂａｓ_ｉｎｉｔ：初期アイドル状態の測定面積、
Ａｂａｓｏｎｌｉｎｅ：初期アイドル状態後のアイドル状態の測定面積、および
ｆ（ΔＡ）：ΔＡの補正因子。
【００３７】
同様に、時間間隔およびピーク振幅の補正はそれぞれ次式７、８によって記述できる。
７）
2005530087.tif 000007
ただし、Δｔ＝ｔｂａｓ_ｏｎｌｉｎｅ−ｔｂａｓ_ｉｎｉｔ、
ｔｍｅａ：時間間隔の現時点での測定値、
ｔｂａｓ_ｉｎｉｔ：初期アイドル状態の測定時間間隔、
ｔｂａｓ_ｏｎｌｉｎｅ：初期アイドル状態後のアイドル状態の測定時間、および
ｆ（Δｔ）：Δｔの補正因子。
８）
2005530087.tif 000008
ただし、ΔＰ＝Ｐｂａｓ_ｏｎｌｉｎｅ−Ｐｂａｓ_ｉｎｉｔ、
Ｐｍｅａ：ピーク振幅の現時点での測定値、
Ｐｂａｓ_ｉｎｉｔ：初期アイドル状態の測定面積、
Ｐｂａｓ_ｏｎｌｉｎｅ：初期アイドル状態後のアイドル状態の時間間隔、および
ｆ（ΔＰ）：ΔＰの補正因子。
【００３８】
このように、エンジン吸気マニホルド圧力（ＭＡＰ）を使用してエンジン負荷を表す場合には、式１で最初に得られた等価比φＩＯＮは次式９）のように記述できる。
９）φＩＯＮ＝ｆ（Ａｉｎｐｕｔ，ｔｉｎｐｕｔ，Ｐｉｎｐｕｔ，Ｎ，ＭＡＰ，Ｔ）
【００３９】
再び図２に戻って説明すると、Ｏ２センサ３０がその機能を発揮する温度に達した後にこのセンサが与える第３信号２８と比較することによってＥＣＵ１２でイオン化信号４８の閉ループオンライン較正を行う。即ち、図２の判定ブロック５０に示すように、イオンセンサ較正条件が満足されているかについて、即ちＯ２センサ３０がその機能を発揮する熱的状態にあるかについて判定を行う。イオンセンサ較正条件が満足されている場合には、ブロック５６に示すように、適応イオン信号処理アルゴリズムが補正因子を使用して、イオン化信号４８を較正し、イオン化信号が示す空燃混合ガス比値を酸素センサ３０が測定した空燃混合ガス比値に一致させる。そして、ブロック５２に示すように、イオン信号処理アルゴリズムが、較正された信号を発信し、これを始動エンジン状態で使用して、ブロック５４に示すように、エンジン燃料供給および点火制御を閉ループで行う。
【００４０】
上述したように、イオンセンサ条件が満足されている場合には、ブロック５６で、適応イオンセンサ較正アルゴリズムがイオンセンサ２４から受信した信号４８に補正を加える必要がある場合には、補正を行って、この信号をＯ２センサ３０が与える信号２８と一致させ、ＥＣＵ１２の非揮発性メモリに較正データを記憶する。そして、ブロック５２で、較正情報をイオン信号処理アルゴリズムに与え、イオンセンサ信号２８を適応再較正することによって、実行信号を発信し、ブロック５４で始動時にエンジン燃料供給および点火制御を閉ループで行うとともに、ブロック５８でエンジン燃料供給および点火タイミング制御アルゴリズムを閉ループで行う。
【００４１】
図１について説明すると、始動のためにエンジン燃料供給／点火制御アルゴリズムを実行するとともに、エンジン燃料供給／点火タイミング制御アルゴリズムを実行すると、適応判定された燃料噴射信号１６が発信され、燃料噴射器１８の動作を制御するとともに、点火プラグ２４の動作を制御する。ブロック１０に示すように、燃料噴射、また場合によっては火花点火のタイミングおよび時間がエンジンの運転を制御し、従ってエンジンから排気ガス触媒コンバータ３４に排出される排出物を制御する。
【００４２】
可変弁動作またはシリンダの停止は、エンジンのミスファイヤの悪影響を抑制するのに有利である。ＶＶＡ／ＣＹＬＩＮＤＥＲ  ＤＥＡＣＴＩＶＡＴＩＯＮドライバー４７を示すブロック４７に示すように、可変弁動作（ＶＶＡ）またはシリンダの停止のいずれかが望ましい場合には、上記制御信号４５、４９をエンジン１０に送信し、それぞれ吸気弁および排気弁３６、４２の動作を制御する。
【００４３】
本発明によれば、酸素センサ信号によるオンライン較正の結果、付着物の堆積、異なる燃料特性、点火プラグギャップ形状などの点火プラグのイオン検出特性の変動や、その他の点火プラグをイオンセンサとして使用できなくなる恐れのある検出信号の大きさやパターンの変動の影響を排除することができる。
【００４４】
このように、本発明を具体化した装置および方法によれば、始動に続く初期運転時にガソリン自動車から排出される炭化水素排出物を抑えるために有効な制御を簡単かつ実際的な構成で、低コストで実現することができる。また、本発明では、燃焼室内に配設したイオンセンサによる迅速な検出を自動車の排気システムに配設した加熱式Ｏ２センサと組み合わせて搭載構成装置としたため、具体的なセンサ／エンジンの各組み合わせについてイオンセンサを較正することができる。
【００４５】
他の実施態様では、シリンダ内イオンセンサを使用して、触媒コンバータの損傷を防止できるようにミスファイヤを検出し、エンジン運転を制御することができる。ミスファイヤが発生した場合には、未燃焼燃料が触媒コンバータに移行するため、触媒が過熱され、この結果後処理装置に致命的な損傷が発生する恐れがある。本発明の場合、イオンセンサから受信された信号を使用して、ミスファイヤが検出されたシリンダ内の排気弁の動作を停止し、以降の排気工程時にこのシリンダ内に未燃焼燃料をトラップし、これによって触媒コンバータが過熱により損傷することを防止する。本発明のこの作用効果は、ジーゼルエンジンにも応用可能である。ミスファイヤ状態を検出した時点で、ジーゼルエンジンの排気弁の動作を停止すると、下流側にある後処理装置が、未燃焼燃料が後処理装置に送られることを原因として損傷することを未然に防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明を好ましい具体的な実施態様について説明してきたが、当業者ならば、上記の制御信号が火花点火式エンジンを対象とするものであることを理解できるはずである。上記の検出信号および制御信号の実際の値は、具体的なエンジン、燃料噴射器、火花点火装置や酸素センサの動作特性に依存するものである。また、具体的な説明や図示を行っていないが、本発明の具体的実施態様である適応較正式イオンセンサを利用すれば、他のエンジン制御装置も簡単に制御することができる。例えば、エンジンに可変弁作動システム、シリンダ停止システムを設けた場合には、吸気弁や排気弁も制御でき、またエンジンの吸気システム内にスロットルを配設した場合には、吸入空気を調節することができる。
【００４７】
以上の説明、添付図面および特許請求の範囲から本発明の上記以外の作用効果を明らかなはずである。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】内燃機関の始動時に排気ガス排出物を制御する、本発明装置の概略図である。
【図２】本発明に従って内燃機関の始動時に排気ガス排出物を制御する方法を実施するさいに使用するプロトコルのフローチャートである。
【図３】本発明において、代表的な火花点火式ガソリンエンジンの点火プラグが発生するイオン化信号を表す図である。
【図４】本発明の好ましい実施態様を実施するさいに使用する回路網のアーキテクチュアを示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１２：ＥＣＵ、
１６：燃料噴射信号、
１８：燃料噴射器、
２４：イオンセンサ（点火プラグ）、
２８：イオンセンサ信号、
３０：酸素センサ、
３２：排気弁、
３４：触媒コンバータ、
３６：吸気弁、
４８：イオン化信号。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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