(57)【要約】【課題】排ガス浄化用触媒による浄化効率を向上することができる空燃比制御装置を提供する。【解決手段】エンジンの排気通路に設けられる排ガス浄化用触媒と、エンジンの空燃比を所定の中心空燃比を挟みリッチ側とリーン側とに変調させる空燃比変調手段と、を備え、空燃比変調手段が、排ガス浄化用触媒が活性化される際の進捗状態に応じて空燃比の変調量を増加させる制御を実施するようにする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路に設けられる排ガス浄化用触媒と、
前記エンジンの空燃比を所定の中心空燃比を挟みリッチ側とリーン側とに変調させる空燃比変調手段と、
を備え、
前記空燃比変調手段は、前記排ガス浄化用触媒が活性化される際の進捗状態に応じて前記空燃比の変調量を増加させる制御を実施することを特徴とする空燃比制御装置。
【請求項２】
前記空燃比変調手段は、前記排ガス浄化用触媒に流入する排ガス中のＯ２濃度が当該排ガス浄化用触媒のＯ２ストレージ容量の範囲内で可及的に大きくなるように変調させることを特徴とする請求項１に記載の空燃比制御装置。
【請求項３】
前記排ガス浄化用触媒の活性化の進捗状態を判定する判定手段をさらに有し、
前記空燃比変調手段は、前記判定手段により前記排ガス浄化用触媒の活性化の進捗状態が第１の状態に達したと判定されたときに前記変調量を増加させる制御を開始し、前記第１の状態後の第２の状態に達したと判定されたときに前記変調量を増加させる制御を停止し、その後前記第２の状態に達する直前の変調量と同等もしくは小さい変調量で通常の変調制御を開始することを特徴とする請求項１又は２に記載の空燃比制御装置。
【請求項４】
前記排気通路に設けられる空燃比検出手段をさらに有し、
前記空燃比変調手段は、前記判定手段により前記第１の状態に達したと判定されたときに、前記空燃比検出手段の検出結果に基づき変調を開始することを特徴とする請求項３に記載の空燃比制御装置。
【請求項５】
前記排ガス浄化用触媒の温度を検出する検出手段をさらに有し、
前記判定手段は、前記検出手段の検出温度に基づき前記排ガス浄化用触媒の活性化の進捗状態を判定することを特徴とする請求項３又は４に記載の空燃比制御装置。
【請求項６】
前記エンジン始動後の吸気量積算値を算出する算出手段をさらに有し、
前記判定手段は、前記算出手段の算出結果に基づき前記排ガス浄化用触媒の活性化の進捗状態を判定することを特徴とする請求項３又は４に記載の空燃比制御装置。
【請求項７】
前記空燃比変調手段は、空燃比の変調幅を変化させることで前記変調量を増加させる制御を実施することを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の空燃比制御装置。
【請求項８】
前記空燃比変調手段は、空燃比の変調周期を変化させることで前記変調量を増加させる制御を実施することを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の空燃比制御装置。
【請求項９】
前記空燃比変調手段により前記空燃比が前記リッチ側に変調される際のリッチ度合に応じて前記エンジンの点火タイミングを遅らせるように制御するタイミング制御手段をさらに具備することを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の空燃比制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガソリンエンジンの空燃比制御装置に関し、特に、排ガス浄化用触媒による排ガスの浄化効率を高めるための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の車両のエンジンから排出される排ガス中には、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等、環境に悪影響を与える虞のある汚染物質が多く含まれている。このため、一般的には、エンジンから排出される排ガスが通過する排気通路に、例えば三元触媒やＮＯｘ吸蔵触媒等の排気浄化用触媒を配置し、排ガスが浄化された状態で大気中に放出されるようにしている。
【０００３】
三元触媒では、空燃比が理論空燃比（ストイキ）の近傍に制御することで上記のような汚染物質を高い効率で浄化できることが知られている。例えば、空燃比を理論空燃比を中心としてリッチ側とリーン側とに強制的に繰り返し変化させる変調動作を実施して、触媒の浄化性能を向上させる技術が知られている。またこのような変調動作を実施する際には、一定期間の空燃比の平均値（平均空燃比）がストイキから外れないように、Ｏ２センサ等で空燃比を検知してフィードバック補正している。
【０００４】
しかしながら、例えば、冷態始動直後などエンジン温度が低い状態では、エンジンでの燃焼が悪化して未燃ＨＣが排ガスとして多く排出され、それに伴い排ガスにはＯ２が多く含まれる。このため、Ｏ２センサが実際の空燃比よりもリーン側と示してしまい、補正後の空燃比がリッチ側に大きく変調されてしまい排ガスの浄化率が低下してしまうという問題がある。
【０００５】
このような問題を解決するために、エンジンの温度（水温）に応じて空燃比を制御するようにした装置が提案されている。具体的には、例えば、エンジン冷態時にフィードバック制御する際に空燃比をリーン側にシフトして、フィードバック中央値をずらすことで実際の空燃比がストイキ近傍となるようにした装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２２１０８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このようにフィードバック中央値をずらすことで、エンジン冷態時における排ガスの浄化率の低下はある程度は抑えることができると思われる。しかしながら、触媒が完全に暖まるまで、すなわち触媒が活性化されるまでは、触媒における排ガスの浄化率が低いため、フィードバック中央値を制御するだけでは、触媒が完全に活性化されていない状態での排ガスの浄化率の低下を十分に抑えることはできない虞がある。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、排ガス浄化用触媒による浄化効率を十分に向上することができる空燃比制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、エンジンの排気通路に設けられる排ガス浄化用触媒と、前記エンジンの空燃比を所定の中心空燃比を挟みリッチ側とリーン側とに変調させる空燃比変調手段と、を備え、前記空燃比変調手段は、前記排ガス浄化用触媒が活性化される際の進捗状態に応じて前記空燃比の変調量を増加させる制御を実施することを特徴とする空燃比制御装置にある。
【００１０】
かかる第１の態様では、排ガス浄化用触媒が活性化途上の排ガス浄化率が向上する。また排ガス浄化用触媒における反応熱によって触媒の温度が急速に上昇する。すなわち、排ガス浄化用触媒の活性化が急速に進む。
【００１１】
本発明の第２の態様は、前記空燃比変調手段は、前記排ガス浄化用触媒に流入する排ガス中のＯ２濃度が当該排ガス浄化用触媒のＯ２ストレージ容量の範囲内で可及的に大きくなるように変調させることを特徴とする第１の態様の空燃比制御装置にある。
【００１２】
かかる第２の態様では、汚染物質の排出を抑えつつ、排気浄化用触媒の温度を急速に上昇させることができる。
【００１３】
本発明の第３の態様は、前記排ガス浄化用触媒の活性化の進捗状態を判定する判定手段をさらに有し、前記空燃比変調手段は、前記判定手段により前記排ガス浄化用触媒の活性化の進捗状態が第１の状態に達したと判定されたときに前記変調量を増加させる制御を開始し、前記第１の状態後の第２の状態に達したと判定されたときに前記変調量を増加させる制御を停止し、その後前記第２の状態に達する直前の変調量よりも同等もしくは小さい変調量で通常の変調制御を開始することを特徴とする第１又は２の態様の空燃比制御装置にある。
【００１４】
かかる第３の態様では、排ガス浄化用触媒の活性化の進捗状態を確実に判定して、空燃比が最適な状態となるように変調量を制御することができる。さらに、第２の状態に達した後は、通常の変調制御を開始することで、従来通りの触媒機能を発揮させることができる。
【００１５】
本発明の第４の態様は、前記排気通路に設けられる空燃比検出手段をさらに有し、前記空燃比変調手段は、前記判定手段により前記第１の状態に達したと判定されたときに、前記空燃比検出手段の検出結果に基づき変調を開始することを特徴とする請求項３に記載の空燃比制御装置にある。
【００１６】
なお、第１の状態に達する以前に、空燃比フィードバック制御を実施して燃焼Ａ／Ｆを安定化することが望ましい。ただし、変調は第１の状態に達する時点から開始する。
【００１７】
かかる第４の態様では、触媒が活性化の開始段階（第１の状態）にある時点で空燃比変調制御を開始することで、触媒の浄化機能をより有効に活用して、排ガス浄化効率を一層向上することができる。
【００１８】
本発明の第５の態様は、前記排ガス浄化用触媒の温度を検出する検出手段をさらに有し、前記判定手段は、前記検出手段の検出温度に基づき前記排ガス浄化用触媒の活性化の進捗状態を判定することを特徴とする請求項３又は４に記載の空燃比制御装置にある。
【００１９】
かかる第５の態様では、排ガス浄化用触媒の活性化の進捗状態を比較的容易且つ確実に判定できる。
【００２０】
本発明の第６の態様は、前記エンジン始動後の吸気量積算値を算出する算出手段をさらに有し、前記判定手段は、前記算出手段の算出結果に基づき前記排ガス浄化用触媒の活性化の進捗状態を判定することを特徴とする第３又は４の態様の空燃比制御装置にある。
【００２１】
かかる第６の態様では、排ガス浄化用触媒の活性化の進捗状態を比較的容易且つ確実に判定できる。
【００２２】
本発明の第７の態様は、前記空燃比変調手段は、空燃比の変調幅を変化させることで前記変調量を増加させる制御を実施することを特徴とする第１〜６の何れか一つの態様の空燃比制御装置にある。
【００２３】
かかる第７の態様では、排ガス浄化率を向上させつつ、排ガス浄化用触媒の温度の上昇速度をさらに確実に高めることができる。
【００２４】
本発明の第８の態様は、前記空燃比変調手段は、空燃比の変調周期を変化させることで前記変調量を増加させる制御を実施することを特徴とする第１〜７の何れか一つの態様の空燃比制御装置にある。
【００２５】
かかる第８の態様では、トルク変動幅が小さいまま変調できるので走行性能の悪化が避けられ、排ガス浄化率及び排ガス浄化用触媒の温度の上昇速度を高めることができる。
【００２６】
本発明の第９の態様は、前記空燃比変調手段により前記空燃比が前記リッチ側に変調される際のリッチ度合に応じて前記エンジンの点火タイミングを遅らせるように制御するタイミング制御手段をさらに具備することを特徴とする第１〜８の何れか一つの態様の空燃比制御装置にある。
【００２７】
かかる第９の態様では、空燃比の変調幅を変化させる場合に生じやすいトルク変動を抑制しつつ、触媒の早期活性化を図ることができる。
【発明の効果】
【００２８】
かかる本発明では、エンジン冷態時等、排ガス浄化用触媒が十分に活性化されていない状態での排ガスの浄化効率を最大限まで高めることができる。また、排ガス浄化用触媒の活性化にかかる時間、すなわち排ガス浄化用触媒の温度が排ガス浄化に十分な温度まで上昇するのにかかる時間、が短縮される。また、排ガスの浄化効率が大幅に向上するため、触媒の貴金属を少なくしても排ガスを確実に浄化することができ、コストの削減を図ることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、図面を参照しつつ本発明の一実施形態について説明する。
【００３０】
図１は、本発明に係る空燃比制御装置を含むエンジンシステムの概略構成を示す図である。以下、本実施形態では、この空燃比制御装置を吸気管噴射型のガソリンエンジンに適用した場合を例に採って説明する。
【００３１】
図１に示すガソリンエンジン（以下、単にエンジンという）１１は、吸気管噴射型(Multi Point Injection)のガソリンエンジンであり、シリンダヘッド１２とシリンダブロック１３とを有している。シリンダブロック１３の各シリンダ１４内には、ピストン１５が往復移動自在に収容されている。そして、このピストン１５とシリンダ１４とシリンダヘッド１２とで燃焼室１６が形成されている。ピストン１５は、コンロッド１７を介してクランクシャフト１８に接続されている。ピストン１５の往復運動は、コンロッド１７を介してクランクシャフト１８に伝達される。
【００３２】
シリンダヘッド１２には吸気ポート１９が形成されている。この吸気ポート１９には吸気マニホールド２０が接続されており、吸気マニホールド２０には吸気管２１が接続されている。吸気ポート１９には吸気弁２２が設けられており、この吸気弁２２によって吸気ポート１９が開閉されるようになっている。さらに吸気マニホールド２０には、例えば、電磁式の燃料噴射弁２３が設けられ、この燃料噴射弁２３には、燃料バルブを介して燃料タンクを擁した燃料供給装置（図示なし）が接続されている。
【００３３】
シリンダヘッド１２には、さらに排気ポート２４が形成されている。この排気ポート２４には排気マニホールド２５の一端が接続され、排気マニホールド２５の他端には排気管２６が接続されている。なお、排気ポート２４には排気弁２７が設けられており、吸気ポート１９における吸気弁２２と同様、排気ポート２４はこの排気弁２７によって開閉されるようになっている。
【００３４】
シリンダヘッド１２には、各気筒毎に点火プラグ２８が取り付けられている。各点火プラグ２８には、高電圧を出力する点火コイル２９が接続されている。吸気マニホールド２０の上流側の吸気管２１には、吸入空気量を調整するスロットル弁３１が設けられており、併せてスロットル弁３１の弁開度を検出するスロットルポジションセンサ（ＴＰＳ）３２が設けられている。さらに、スロットル弁３１の上流には、吸気量を計測する吸気量センサ（エアフローセンサ）３３が介装されている。
【００３５】
排気マニホールド２５に接続された排気管２６には、排気浄化用触媒である三元触媒３４が介装されている。三元触媒３４の下流側には、触媒通過後の排ガス中の酸素濃度を検出するリアＯ２センサ３５が設けられており、三元触媒３４の上流側には、触媒通過前の排ガス中の酸素濃度を検出するフロントＯ２センサ３６が設けられている（空燃比検出手段）。三元触媒３４は、担体に活性貴金属として銅（Ｃｕ）、コバルト（Ｃｏ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）の何れかを有している。活性貴金属は、セリウム（Ｃｅ）、ジルコニア（Ｚｒ）等の酸素吸蔵材を含む場合の他、このような酸素吸蔵材を含まない場合においても、酸素吸着機能（Ｏ２ストレージ機能）を有している。このため三元触媒３４は、排気空燃比（排気Ａ／Ｆ）がリーンである酸化雰囲気中において酸素（Ｏ２）を吸着すると、排気Ａ／Ｆがリッチとなり還元雰囲気となるまでそのＯ２をストレージＯ２として保持する。そして、還元雰囲気となった際にこのストレージＯ２を放出（供給）することにより解離Ｏが除去され、還元雰囲気状態においてもＨＣ（炭化水素）やＣＯ（一酸化炭素）が酸化除去されるようになっている。
【００３６】
ＥＣＵ（電子コントロールユニット）３７は、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えている。このＥＣＵ３７により、エンジン１１を含めた空燃比制御装置１０の総合的な制御が行われる。ＥＣＵ３７の入力側には、上述したＴＰＳ３２、吸気量センサ３３、リアＯ２センサ３５、フロントＯ２センサ３６の他、エンジン１１のクランク角を検出するクランク角センサ４０等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力される。
【００３７】
一方、ＥＣＵ３７の出力側には、上述の燃料噴射弁２３、点火コイル２９、スロットル弁３１等の各種出力デバイスが接続されている。これら各種出力デバイスには、各種センサ類からの検出情報に基づきＥＣＵ３７で演算された燃料噴射量、燃料噴射時間、点火時期等がそれぞれ出力される。詳しくは、各種センサ類からの検出情報に基づき適正な目標空燃比（目標Ａ／Ｆ）が設定され、実際の空燃比（実空燃比）がこの目標Ａ／Ｆとなるように、適正量の燃料が適正なタイミングで燃料噴射弁２３から噴射され、またスロットル弁３１が適正な開度に調整され、点火プラグ２８により適正なタイミングで火花点火が実施されるようになっている。
【００３８】
またエンジン１１は、三元触媒３４での排ガスの浄化効率が常に最適な状態となるように空燃比が適宜制御される。具体的には、所定の中心空燃比、例えば理論空燃比、を挟んで空燃比をリッチ側とリーン側とに変調させる変調動作が実施される。そして本発明では、冷態始動直後などの三元触媒（排ガス浄化用触媒）３４が完全に活性化されていない状態で空燃比の変調動作を実施する場合に、三元触媒３４の活性化の進捗状態に応じて空燃比の変調量を増加させるようにしている（空燃比変調手段）。さらに本実施形態では、このような変調動作が実施される場合に、排ガスの状態（排ガス中の酸素濃度）に基づいて空燃比フィードバック制御を実施することで、実空燃比が常に目標Ａ／Ｆに近づくように調整している。具体的には、フロントＯ２センサ３６からの出力情報に基づいて空燃比フィードバック制御を実施することで、実空燃比が目標Ａ／Ｆに近づくようにしている。
【００３９】
ところで、冷態始動直後などは、三元触媒３４の温度が低い状態では、三元触媒３４は活性化されていないため排ガスの浄化効率が低い。例えば、三元触媒３４の活性化は約３００℃程度で始まり三元触媒３４において排ガスが浄化されるようになるが、約４２０℃程度までは活性化が不十分であり排ガスの浄化効率は低くなってしまう。このため、三元触媒３４の温度を急速に上昇させることが望ましく、一般的には、三元触媒３４をエンジン１１（燃焼室１６）近傍に配置することで、エンジン１１の熱によって三元触媒３４の温度を急速に上昇させている。さらに、三元触媒３４の温度を上昇させるように空燃比を適宜調整する制御も実施されている。
【００４０】
三元触媒３４の温度を急速に上昇させるためには、空燃比を一定に保持するよりも、所定範囲でリッチ側及びリーン側に変調させて、三元触媒３４にある程度の量の酸化剤（Ｏ２、ＮＯｘ）と還元剤（ＨＣ、ＣＯ）とを交互に供給することが有効であることが分かっている。すなわち、ＣＯとＯ２とを三元触媒３４で反応させ、その反応熱を利用することが有効であることが分かっている。なお、ＨＣは分解するためのエネルギーが必要となるため、ＣＯとＯ２との反応が三元触媒３４の温度上昇には最も効果的である。さらに、このとき三元触媒３４に供給する酸化剤及び還元剤の濃度が高いほど反応速度が高まり、温度上昇率が高まることが知られている。
【００４１】
三元触媒３４のＯ２ストレージ能力（Ｏ２分子を捕捉できる量）は、三元触媒３４の温度上昇に伴って増加する。また三元触媒３４の活性化の開始直後は、三元触媒３４が完全に活性化された状態（三元触媒３４が所定温度以上となった状態）に比べて、Ｏ２ストレージ能力が著しく低く、酸化剤・還元剤が三元触媒３４の表面に捉えられて反応する量が限られる。これらのことは、今回、実験によって明らかとなった。
【００４２】
本発明では、この知見に基づき、排ガス浄化用触媒が活性化されていない状態、つまり触媒の温度が比較的低い状態で、三元触媒３４の活性化の進捗状態に応じて空燃比の変調量を増加させる制御（触媒完全活性前空燃比変調制御）を実施している。これにより、排ガス浄化用触媒（三元触媒）が完全に活性化されていない状態における浄化効率を向上し且つ触媒の温度を急速に上昇させることができる。
【００４３】
図２は、エンジン始動後の経過時間と、吸気量積算値、三元触媒の活性化の進捗状態（進捗率）、Ａ／Ｆ変調幅増加率及び目標Ａ／Ｆ値との関係の一例を示すグラフである。図２の一段目及び二段目のグラフに示すように、三元触媒３４の活性化が開始されてからの進捗状態（進捗率）は、エンジン始動後の吸気量の積算値（吸気量積算値）に略比例して変化する。本実施形態では、この関係に基づいて空燃比の変調量を増加させる制御を実施している。空燃比の変調量としては、例えば、空燃比の変調幅（理論空燃比と目標Ａ／Ｆ値との幅Ｗ：図２参照）、変調周期等が挙げられるが、本実施形態では、変調周期を一定として、空燃比の変調幅Ｗを変化させるようにしている。
【００４４】
具体的には、まず吸気量センサ３３からの情報に基づいてエンジン１１始動からの吸気量積算値を取得し（図２の一段目参照）、この吸気量積算値に基づいて三元触媒３４の活性化の進捗状態を判定する（進捗率：図２の二段目参照）。そして、この三元触媒３４の活性化の進捗状態の判定結果から、予め記憶されたマップを用いてエンジン１１の運転状態（エンジンの負荷、エンジンの回転速度等）に応じたＡ／Ｆ変調増加率（図２の三段目参照）を決定する。そして、決定されたＡ／Ｆ変調量増加率に基づいて目標Ａ／Ｆ値（図２の四段目参照）を決定している。すなわち、空燃比の変調幅Ｗを決定している。
【００４５】
なお本実施形態では、空燃比の変調幅Ｗを制御するようにしたが、勿論、空燃比の変調幅を一定として空燃比の変調周期を制御するようにしてもよいし、空燃比の変調幅と変調周期とのそれぞれを変化させるようにしてもよい。
【００４６】
以下、触媒完全活性前空燃比変調制御の実施手順の一例について、図３のフローチャートを参照して詳細に説明する。
【００４７】
三元触媒３４の活性化が開始される前に触媒完全活性前空燃比変調制御を実施してしまうと、ＮＯｘ排出量が逆に増加してしまう虞がある。また三元触媒３４が完全に活性化された状態で触媒完全活性前空燃比変調制御を実施した場合にも、ＮＯｘ排出量を増加させてしまう虞がある。このため、本実施形態では、三元触媒３４の活性化が開始されてから、完全に活性化されるまでの間に、触媒完全活性前空燃比変調制御を実施するようにしている。
【００４８】
図３に示すように、まずエンジン１１が始動されたことが確認されると（ステップＳ１：ＹＥＳ）、吸気量センサ３３によってエンジン１１内に取り込まれた吸気量の検出を開始し（ステップＳ２）、ステップＳ３で検出された吸気量を積算して吸気量積算値Σを算出する（算出手段）。次いでステップＳ４及びステップＳ５で、三元触媒３４の活性化の進捗状態を判定する（判定手段）。具体的には、ステップＳ４で、吸気量積算値Σが第１の所定値Ｑ１以上であるか否かを判定する。吸気量積算値Σが所定値Ｑ１以上となったことが確認されると（ステップＳ４：ＹＥＳ）、さらに吸気量積算値Σが第２の所定値Ｑ２以下か否かを判定する（ステップＳ５）。なお、第１の所定値Ｑ１は、図２の一段目のグラフに示すように、三元触媒３４の活性化が開始される温度、例えば、３００℃に対応する値である。第２の所定値Ｑ２は、第１の所定値Ｑ１よりも大きい値であり、三元触媒３４の活性化の進捗率がほぼ１００％となる温度、例えば、４２０℃に対応する値である。
【００４９】
そして、ステップＳ５で吸気量積算値Σが第２の所定値Ｑ２以下であることが確認されると（ステップＳ５：ＹＥＳ）、触媒完全活性前空燃比変調制御を開始する（空燃比変調手段）。すなわち、制御開始直後は、空燃比の変調幅Ｗ（図２の４段目のグラフ参照）を比較的小さくし、その後、上述したように三元触媒３４の活性化の進捗状態に応じて決定されたＡ／Ｆ変調量増加率に基づいて、空燃比の変調幅Ｗを、図２の四段目のグラフに示すように増加させていく。本実施形態では、空燃比（目標Ａ／Ｆ）がリッチ側最大で１：１６程度、リーン側最大で１：１３程度となるように、空燃比の変調幅Ｗを増加させている。さらに本実施形態では、同時に、排ガスの状態に基づいて空燃比フィードバック制御を実施している（フィードバック制御手段）。
【００５０】
なお、空燃比の変調幅Ｗは、空燃比が三元触媒３４のストレージＯ２容量の範囲内となるようにすることが好ましい。変調された空燃比（目標Ａ／Ｆ）が三元触媒３４のストレージＯ２容量の範囲を超えてしまうと、三元触媒３４に供給される酸化剤及び還元剤が三元触媒３４を通過して外部に排出されてしまう虞がある。
【００５１】
このように三元触媒３４の活性化の進捗状態に応じて空燃比の変調量を増加させるようにすることで、冷態始動直後であっても三元触媒３４における排ガス浄化率を最大限まで向上することができる。また、三元触媒３４における反応熱によって三元触媒３４の温度を上昇させることができる。すなわち、ＮＯｘ等の汚染物質の排出量を抑えつつ、三元触媒３４の温度を急速に上昇させることができる。
【００５２】
冷態始動直後は、三元触媒３４の温度はエンジン１１に近い側から徐々に加熱されるため、三元触媒３４の活性化が開始された直後は、三元触媒３４の入口近傍のみで酸化剤と還元剤との反応が起こる。したがって、触媒完全活性前空燃比変調制御を開始した直後は、空燃比の変調幅Ｗを比較的小さくして三元触媒３４入口近傍のセルだけでＣＯとＯ２との反応を完結させ、触媒後方にＣＯ、Ｏ２を漏らさないのと同時に、反応熱によって三元触媒３４入口近傍のセルの温度をさらに上昇させる。その後、三元触媒３４入口近傍のセルの温度上昇に伴って触媒入口近傍を通過する排ガスの温度が上昇し、排ガスの熱によって下流側のセルの温度が順次上昇する。勿論、セル間の熱伝導によってもセルの温度は上昇する。
【００５３】
その後、空燃比の変調幅Ｗを増加させると、空燃比のリーン側変調時のＯ２は三元触媒３４入口近傍のセルだけではストレージ・浄化できなくなり、下流側のセルに順次ストレージされる。そこにＣＯが流入するとＯ２と反応して浄化と同時に発熱し、さらに三元触媒３４の温度が上昇する。こうして三元触媒３４の入口側のセルから下流側のセルで徐々に反応・発熱が起こることで、三元触媒３４における排気浄化率を増加させることができると共に、三元触媒３４の温度を急速に上昇させることができる。
【００５４】
触媒完全活性前空燃比制御における空燃比の変調幅Ｗは、上述したように三元触媒３４のＯ２ストレージ容量の範囲内で可及的に大きくすることが好ましい。これにより、汚染物質の排出を抑えつつ、三元触媒の温度をさらに急速に上昇させることができる。なお、三元触媒３４のストレージＯ２容量は三元触媒３４の活性化の進捗状態に応じて増加する。三元触媒３４の活性化の進捗状態に応じて変調幅増加率を予め設定しておけば、空燃比の変調幅Ｗを三元触媒３４のストレージＯ２容量の範囲内で可及的に大きくなるようにすることができる。
【００５５】
このような触媒完全活性前空燃比変調制御を実施中にも、吸気量積算値Σが第２の所定値Ｑ２以下であるか否かを適宜判定する（ステップＳ５）。この判定は、リアルタイムで行うことが好ましいが、一定の間隔で行ってもよい。そして、吸気量積算値Σが第２の所定値Ｑ２以下である場合には（ステップＳ５：ＹＥＳ）、触媒完全活性前空燃比変調制御を続行する（ステップＳ６）。そして吸気量積算値Σが第２の所定値Ｑ２よりも大きくなったことが確認された段階で（ステップＳ５：ＮＯ）、触媒完全活性前空燃比制御を停止し、通常の変調制御（触媒完全活性後空燃比制御）に戻す（ステップＳ７）。このように本実施形態では、吸気量積算値Σが第１の所定値Ｑ１となるタイミングＴａと、吸気量積算値Σが第２の所定値Ｑ２となるタイミングＴｂとの間のみで、触媒完全活性前空燃比変調制御を実施している。つまり、三元触媒３４の活性化が進んでいる期間（Ｔａ−Ｔｂ：図２参照）のみで触媒完全活性前空燃比変調制御を実施している。
【００５６】
ところで、上述したように空燃比の変調量を増加させていった場合、それに伴いトルク変動が大きくなり、走行性能に影響を及ぼす虞がある。このため、触媒完全活性前空燃比制御を実施中には、空燃比の変調量を制御すると共に、エンジンの点火タイミング（点火プラグによる点火時期）を調整するようにしてもよい。具体的には、空燃比の変調幅Ｗ、すなわち、空燃比がリッチ側に変調される際のリッチ度合に応じて、点火タイミングを遅らせるようにしてもよい。これにより、例えば、ノッキング等が発生して走行性能が低下してしまうのを防止することができる。また、点火タイミングを遅らせることで、排気温度が高くなるため、三元触媒３４の温度上昇をさらに急速に上昇させることができる。
【００５７】
なお、本実施形態では、吸気量積算値Σに基づいて空燃比（目標Ａ／Ｆ）の変調幅を調整するようにしたが、例えば、三元触媒３４の入口近傍に検出手段である温度センサ（図示なし）を設けておき、この温度センサによって三元触媒３４の温度を直接検出し、検出した温度に応じて空燃比の変調量を制御するようにしてもよい。
【００５８】
ここで、三元触媒３４の温度を直接検出した場合の触媒完全活性前空燃比変調制御の実施手順について、図４のフローチャートを参照して説明する。
【００５９】
図４に示すように、まずエンジン１１が始動されたことが確認されると（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、例えば、三元触媒３４入口近傍に設けられた温度センサによって三元触媒３４の温度Ｔを検出する（ステップＳ１２）。次いで、三元触媒３４の温度Ｔが第１の温度Ｔ１以上であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。そして、三元触媒３４の温度Ｔが第１の所定温度Ｔ１以上となったことが確認されると（ステップＳ１３：ＹＥＳ）、次いで三元触媒３４の温度Ｔが第２の所定温度Ｔ２以下であるか否かを判定する（ステップＳ１４）。
【００６０】
なお、第１の所定温度Ｔ１は、三元触媒３４の活性化が開始される温度であり、第２の所定温度Ｔ２は、第１の所定温度Ｔ１よりも高く三元触媒の活性化の進捗率がほぼ１００％となる温度である。
【００６１】
そして、三元触媒３４の温度Ｔが第２の所定温度Ｔ２以下の温度であると確認されると（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、触媒完全活性前空燃比変調制御を開始する（ステップＳ１５）。なお、触媒完全活性前空燃比変調制御自体は、上述した通りであるので説明は省略する。触媒完全活性前空燃比変調制御の実施中も、三元触媒３４の温度Ｔが第２の所定温度Ｔ２以下であるか否かを適宜判定する（ステップＳ１４）。そして、三元触媒３４の温度Ｔが第２の所定温度Ｔ２以下である場合には（ステップＳ１４：ＹＥＳ）、触媒完全活性前空燃比変調制御を続行する（ステップＳ１５）。一方、三元触媒３４の温度Ｔが第２の所定温度Ｔ２よりも高くなったことが確認されると（ステップＳ１４：ＮＯ）、触媒完全活性前空燃比制御を停止して通常の変調制御（触媒完全活性後空燃比制御）に戻す（ステップＳ１６）。
【００６２】
このように、三元触媒３４の温度を温度センサ等の検出手段によって直接検出し、その検出結果に基づいて空燃比の調整量を調整することで、三元触媒３４の活性化の進捗状態をより正確に判定することができる。したがって、それに基づいて空燃比を制御することで、三元触媒３４の浄化効率をより確実に向上することができると共に、三元触媒３４の温度をさらに急速に上昇させることができる。
【００６３】
なお、三元触媒３４の温度は、温度センサによって直接検出するだけでなく、例えば、エンジン１１始動からの経過時間等に基づいて推定するようにしてもよい。
【００６４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではない。例えば、上述の実施形態では、吸気管噴射型のエンジンを例示して本発明を説明したが、勿論、本発明は、例えば、筒内噴射型等、他のタイプのエンジンにも採用することができることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】一実施形態に係る空燃比制御装置の概略構成図である。
【図２】空燃比の変調量の調整に関するタイミングチャートを示すグラフである。
【図３】一実施形態に係る触媒完全活性前空燃比変調制御を説明するフローチャートである。
【図４】一実施形態に係る触媒完全活性前空燃比変調制御を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００６６】
１０  空燃比制御装置
１１  エンジン
１２  シリンダヘッド
１３  シリンダブロック
１４  シリンダボア
１５  ピストン
１６  燃焼室
１７  コンロッド
１８  クランクシャフト
１９  吸気ポート
２０  吸気マニホールド
２１  吸気管
２２  吸気弁
２３  燃料噴射弁
２４  排気ポート
２５  排気マニホールド
２６  排気管
２７  排気弁
２８  点火プラグ
２９  点火コイル
３１  スロットル弁
３３  吸気量センサ
３４  三元触媒
３５  リアＯ２センサ
３６  フロントＯ２センサ
３７  ＥＣＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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