(57)【要約】【課題】触媒の下流側の下流側空燃比検出手段の検出値を利用して空燃比をフィードバック制御するエンジンの空燃比制御装置において、触媒の実際の活性化状態を反映した情報を得て、リアＯ２制御を早期に開始させ、エンジン冷機始動後の排ガス低減を可能とすることにある。【解決手段】制御手段は、エンジンが始動したかどうかを判定する始動判定手段と、エンジンが始動した後の燃料噴射時間を積算する噴射時間積算手段と、エンジンが始動した後の経過時間を積算する経過時間積算手段と、始動判定手段によりエンジンが始動したと判定された条件下で噴射時間積算手段により積算された燃料噴射時間の燃料噴射積算時間が設定噴射積算時間よりも長い場合あるいは経過時間積算手段により積算された経過時間が設定経過時間よりも長い場合には下流側空燃比検出手段の検出値を利用した空燃比のフィードバック制御を開始するフィードバック開始手段とを備えている。【選択図】図１
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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触媒を設け、この触媒の上流側の前記排気通路に排出ガスの空燃比を検出可能な上流側空燃比検出手段を設け、前記触媒の下流側の前記排気通路に排出ガスの空燃比のリッチ／リーン状態を検出可能な下流側空燃比検出手段を設け、この下流側空燃比検出手段の検出値を利用して空燃比をフィードバック制御する制御手段を設けた多気筒エンジンの空燃比制御装置において、前記エンジンの冷却水温度であるエンジン水温を検出可能な水温検出手段を設け、前記制御手段は、前記エンジンが始動したかどうかを判定する始動判定手段と、前記エンジンが始動した後の燃料噴射時間を積算する噴射時間積算手段と、前記エンジンが始動した後の経過時間を積算する経過時間積算手段と、前記始動判定手段により前記エンジンが始動したと判定された条件下で前記噴射時間積算手段により積算された燃料噴射積算時間が設定噴射積算時間よりも長い場合あるいは前記経過時間積算手段により積算された経過時間が設定経過時間よりも長い場合には前記下流側空燃比検出手段の検出値を利用した空燃比のフィードバック制御を開始するフィードバック開始手段とを備えていることを特徴とする多気筒エンジンの空燃比制御装置。
【請求項２】
前記設定噴射積算時間と前記設定経過時間は、共に、前記水温検出手段により検出されたエンジン水温が高くなる程短くなるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の多気筒エンジンの空燃比制御装置。
【請求項３】
前記噴射時間積算手段は、前記燃料噴射時間が設定最小値を超えた値のみを積算していることを特徴とする請求項１に記載の多気筒エンジンの空燃比制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、多気筒エンジンの空燃比制御装置に係り、特に触媒の下流側の排気通路に設けた下流側空燃比検出手段の検出値を利用して空燃比をフィードバック制御する多気筒エンジンの空燃比制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の多気筒エンジンにおいて、排ガス低減の技術として、触媒の下流側の排気通路に空燃比のリッチ／リーン状態を検出可能な下流側空燃比検出手段（リアＯ２センサ）を設置し、この下流側空燃比検出手段の検出値である出力電圧を利用した空燃比のフィードバック制御（以下「リアＯ２制御」という）を実施し、目標空燃比（目標Ａ／Ｆ）を変更するものがある。
【０００３】
従来、エンジンの触媒活性化検出方法には、エンジンを始動したときのエンジン水温に基づいて触媒の活性化を判断する基準となる設定値を設定し、そして、エンジンの始動後から所定周期毎にエンジン負荷を読み込み、このエンジン負荷に基づいて、運転領域毎にエンジン負荷が大きくなるに従って大きな値の重みが記憶されているテーブルを参照して重みを設定し、この重みを積算した積算値と設定値とを比較し、積算値が設定値を超えたときに触媒が活性したと判断し、触媒温度センサが無くとも触媒の活性化を簡易的に検出するものがある。
内燃機関のＯ２センサ制御装置には、触媒使用開始初期の水素発生により、下流側空燃比検出手段（リアＯ２センサ）の出力特性が影響を受けている間は下流側空燃比検出手段の出力に基づく制御を禁止し、触媒による水素発生時に内燃機関の誤制御を防止するものがある。
エンジンの空燃比制御装置には、空燃比フィードバック制御定数の修正制御の開始後の修正値の履歴を記憶しておき、この記憶を行った運転時の次の始動後の下流側空燃比検出手段の活性化遅れ時間で修正値の要求値を記憶値に基づいて推定し、この推定値を用いて修正制御を行い、下流側空燃比検出手段の活性化遅れ時間での理論空燃比への制御精度を高めるものがある。
【特許文献１】特開平０８−２９１７０８号公報
【特許文献２】特開平０８−３０３２８０号公報
【特許文献３】特開平１０−２７４０８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来、エンジンの空燃比制御装置において、リアＯ２制御を実施する場合に、触媒温度が十分に高く確保されている状態では、有効に作用して排ガス低減効果があるが、逆に、触媒温度が低い状態では、空燃比のフィードバック制御が不安定となってしまい排ガス性能が悪化してしまう不都合がある。
また、ターボチャージャを装備する車両においては、触媒温度が上がり難く且つ触媒温度が下がり易く、この状態が特に顕著であった。エンジン冷機始動後は、可能な限り早くリアＯ２制御を実施した方が、排ガス性能が向上するが、触媒温度が十分上がっていない時にリアＯ２制御を行なうと、逆に、排ガス性能が悪化してしまう。それゆえ、従来の技術では、排ガス性能が悪化するのを防止するため、エンジン始動後一定時間経過するまで、リアＯ２制御を禁止していた。この場合、最悪の場合を想定して、例えば、１５分間程度リアＯ２制御の実施を禁止していた。しかし、通常の走行では、５分間程度で、触媒が十分な温度に達するものである。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、下流側空燃比検出手段の検出値を利用した空燃比のフィードバック制御（リアＯ２制御）をエンジン始動後に可能な限り早期に実施し、エンジン冷機始動後の排ガス低減を可能とするエンジンの空燃比制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、エンジンの排気通路に触媒を設け、この触媒の上流側の前記排気通路に排出ガスの空燃比を検出可能な上流側空燃比検出手段を設け、前記触媒の下流側の前記排気通路に排出ガスの空燃比のリッチ／リーン状態を検出可能な下流側空燃比検出手段を設け、この下流側空燃比検出手段の検出値を利用して空燃比をフィードバック制御する制御手段を設けた多気筒エンジンの空燃比制御装置において、前記エンジンの冷却水温度であるエンジン水温を検出可能な水温検出手段を設け、前記制御手段は、前記エンジンが始動したかどうかを判定する始動判定手段と、前記エンジンが始動した後の燃料噴射時間を積算する噴射時間積算手段と、前記エンジンが始動した後の経過時間を積算する経過時間積算手段と、前記始動判定手段により前記エンジンが始動したと判定された条件下で前記噴射時間積算手段により積算された燃料噴射積算時間が設定噴射積算時間よりも長い場合あるいは前記経過時間積算手段により積算された経過時間が設定経過時間よりも長い場合には前記下流側空燃比検出手段の検出値を利用した空燃比のフィードバック制御を開始するフィードバック開始手段とを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
この発明のエンジンの空燃比制御装置は、触媒の下流側の排気通路に空燃比のリーン／リッチ状態を検出可能な下流側空燃比検出手段を設けた構成において、触媒の実際の活性化状態を反映した情報を得て、下流側空燃比検出手段の検出値を利用した空燃比のフィードバック制御（リアＯ２制御）を早期に開始させ、エンジン冷機始動後の排ガス低減を可能とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
この発明は、下流側空燃比検出手段の検出値を利用した空燃比のフィードバック制御（リアＯ２制御）を早期に開始させるために、エンジン負荷量に比例するパラメータによって触媒が活性化したかどうかを判定し、触媒の実際の活性化状態を反映した情報を得て実現するものである。
以下図面に基づいてこの発明の実施例を詳細且つ具体的に説明する。
【実施例】
【０００９】
図１〜図４は、この発明の実施例を示すものである。図４において、１は車載用で多気筒のエンジン、２は排気管、３は排気通路、４はこの排気通路３に設けられた触媒、５は空燃比制御装置である。
エンジン１には、該エンジン１に燃料を噴射する燃料噴射装置のインジェクタ６と、クランク角をエンジン回転速度として検出可能なクランク角センサ７と、エンジン１の冷却水温度であるエンジン水温を検出可能な水温検出手段である水温センサ８とが設けられている。
排気通路３には、触媒４の上流側に排出ガスの空燃比を検出可能な上流側空燃比検出手段（Ａ／Ｆセンサ）９と、触媒４の下流側に空燃比のリーン／リッチ状態を検出可能な下流側空燃比検出手段（Ｏ２センサ）１０とが設けられている。上流側空燃比検出手段９は、触媒４よりも上流側の排気通路３の空燃比を検出し、その検出値をリニア的に出力するものである。下流側空燃比検出手段１０は、酸素濃度検出手段であり、触媒４よりも下流側の排気通路３の空燃比のリッチ／リーン状態を検出し、そのリッチ／リーン状態に対応した検出値を出力するものである。
インジェクタ６とクランク角センサ７と水温センサ８と上流側空燃比検出手段９と下流側空燃比検出手段１０とは、制御手段（ＥＣＭ）１１に連絡している。
この制御手段１１は、下流側空燃比検出手段１０の検出値を利用して空燃比をフィードバック制御（以下「リアＯ２制御」という）を実施するものである。
【００１０】
制御手段１１は、エンジン１が始動したかどうかを判定する始動判定手段１１Ａと、エンジン１が始動した後の燃料噴射時間（以下「インジェクタ噴射時間（Ｔｉｎｊ）」という）を積算する噴射時間積算手段１１Ｂと、エンジン１が始動した後の経過時間（以下「始動後経過時間（Ｔｅｌｐａｓｅ）」という）を積算する経過時間積算手段１１Ｃと、前記始動判定手段１１Ａによりエンジン１が始動したと判定された条件下で前記噴射時間積算手段１１Ｂにより積算されたインジェクタ噴射時間（Ｔｉｎｊ）のインジェクタ噴射積算時間（以下「始動後インジェクタ噴射積算時間（ＩＮＪｓｕｍ）」という）が設定噴射積算時間（以下「始動後インジェクタ噴射積算時間しきい値（ＩＮＪｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）」という）よりも長い場合あるいは前記経過時間積算手段１１Ｃにより積算された始動後経過時間（Ｔｅｌｐａｓｅ）が設定経過時間（以下「始動後経過時間しきい値（Ｔｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）」という）よりも長い場合にはリアＯ２制御を開始するフィードバック開始手段１１Ｄと、計時するタイマ１１Ｅとを備えている。
【００１１】
制御手段１１には、図３に示すように、しきい値設定テーブルが組み込まれている。この図３の設定テーブルにおいては、水温センサ８で検出された所定の始動時エンジン水温毎に対応して、前記始動後経過時間しきい値（Ｔｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）と前記始動後インジェクタ噴射積算時間しきい値（ＩＮＪｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）とが算出される。この場合、始動後経過時間しきい値（Ｔｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）と始動後インジェクタ噴射積算時間しきい値（ＩＮＪｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）とは、共に、水温センサ８により検出されたエンジン水温が高くなる程短くなるように設定されている。
また、制御手段１１において、前記噴射時間積算手段１１Ｂは、図２に示すように、インジェクタ噴射時間（Ｔｉｎｊ）が設定最小値（以下「インジェクタ噴射時間積算ミニマム値（ＩＮＪｍｉｎ）」という）を超えた値のみを積算している。
制御手段１１には、イグニションスイッチ１２が接続している。
【００１２】
次に、この実施例における空燃比制御を、図１のフローチャートに基づいて説明する。
図１に示すように、イグニションスイッチ１２がオンして制御手段１１のプログラムがスタートすると（ステップＳ０１）、先ず、水温センサ８で検出された始動時エンジン水温から、図３のしきい値設定テーブルにおいて、始動後経過時間しきい値（Ｔｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）と始動後インジェクタ噴射積算時間しきい値（ＩＮＪｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）とを算出する。始動後インジェクタ噴射積算時間（ＩＮＪｓｕｍ）の初期値は、ゼロとする（ステップＳ０２）。
そして、エンジン１が完爆したかどうか、つまり、エンジン１が始動したかどうかを判定し（ステップＳ０３）、このステップＳ０３がＮＯの場合には、この判断を継続する。
このステップＳ０３がＹＥＳの場合には、始動時経過時間（Ｔｅｌｐａｓｅ）を算出し（ステップＳ０４）、そして、インジェクタ噴射時間（Ｔｉｎｊ）がインジェクタ噴射時間積算ミニマム値（ＩＮＪｍｉｎ）以上になったかどうかを判断する（ステップＳ０５）。
このステップＳ０５がＹＥＳの場合には、始動後インジェクタ噴射積算時間（ＩＮＪｓｕｍ）を算出し、この始動後インジェクタ噴射積算時間（ＩＮＪｓｕｍ）にインジェクタ噴射時間（Ｔｉｎｊ）を加算する（ステップＳ０６）。
このステップＳ０５がＮＯの場合には、始動後インジェクタ噴射積算時間（ＩＮＪｓｕｍ）を算出し、この始動後インジェクタ噴射積算時間（ＩＮＪｓｕｍ）を保持又は減算する（ステップＳ０７）。
前記ステップＳ０６の処理後又は前記ステップＳ０７の処理後は、始動後経過時間（Ｔｅｌｐａｓｅ）が始動後経過時間しきい値（Ｔｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）を超えたかどうかを判断する（ステップＳ０８）。
このステップＳ０８がＹＥＳの場合には、リアＯ２制御を開始する（ステップＳ０９）。
このステップＳ０８がＮＯの場合には、始動後インジェクタ噴射積算時間（ＩＮＪｓｕｍ）が始動後インジェクタ噴射積算時間しきい値（ＩＮＪｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）を超えたかどうかを判断し（ステップＳ１０）、このステップＳ１０がＮＯの場合には、前記ステップＳ０４に戻す。
このステップＳ１０がＹＥＳの場合には、リアＯ２制御を開始する（ステップＳ１１）。
前記ステップＳ０９又は前記前記ステップＳ１１の処理後は、プログラムをエンドとする（ステップＳ１２）。
【００１３】
次いで、この空燃比制御について、図２のタイムチャートに基づいて説明する。
図２に示すように、イグニションスイッチ１２がオンした後、エンジン１がクランキングしてインジェクタ６から燃料が噴射され、インジェクタ噴射時間（Ｔｉｎｊ）がインジェクタ噴射時間積算ミニマム値（ＩＮＪｍｉｎ）を超えて長くなり且つ直ぐに短くなり始め（時間ｔ０）、そして、エンジン１の完爆が判定される（時間ｔ１）。
このようにエンジン１の完爆が判定されると、エンジン回転速度が高くなり始め、始動後経過時間（Ｔｅｌｐａｓｅ）の積算が開始され、又、始動後インジェクタ噴射積算時間（ＩＮＪｓｕｍ）が長くなる。
そして、エンジン回転速度が低くなり始め、インジェクタ噴射時間（Ｔｉｎｊ）がインジェクタ噴射時間積算ミニマム値（ＩＮＪｍｉｎ）以下になると（時間ｔ２）、始動後インジェクタ噴射積算時間（ＩＮＪｓｕｍ）の積算を禁止する。この場合、インジェクタ噴射時間（Ｔｉｎｊ）が緩やかに減少するとともに、始動後インジェクタ噴射積算時間（ＩＮＪｓｕｍ）が略一定に維持される。
その後、エンジン回転速度が高くなると、インジェクタ噴射時間（Ｔｉｎｊ）がインジェクタ噴射時間積算ミニマム値（ＩＮＪｍｉｎ）を超えて長くなり、始動後インジェクタ噴射積算時間（ＩＮＪｓｕｍ）の積算が開始される（時間ｔ３）。
そして、始動後インジェクタ噴射積算時間（ＩＮＪｓｕｍ）が始動後インジェクタ噴射積算時間しきい値（ＩＮＪｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）を超えると（時間ｔ４）、リアＯ２制御が開始される。このリアＯ２制御は、従来、始動後経過時間（Ｔｅｌｐａｓｅ）が始動後経過時間しきい値（Ｔｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）になった時（時間ｔ５）に開始されていたが、この実施例においては、始動後インジェクタ噴射積算時間（ＩＮＪｓｕｍ）が始動後インジェクタ噴射積算時間しきい値（ＩＮＪｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）を超えた時に開始することから（時間ｔ４）、従来よりも期間Ｔだけ早期に開始されることになる。
【００１４】
即ち、この実施例においては、先ず、エンジン１の完爆判定後に、始動後経過時間（Ｔｅ１ｐａｓｅ）、始動後インジェクタ噴射時間積算値（ＩＮＪｓｕｍ）（初期値＝０）を算出する。但し、インジェクタ噴射時間（Ｔｉｎｊ）がインジェクタ噴射時間積算ミニマム値（ＩＮＪｍｉｎ）よりも小さい場合は、始動後インジェクタ噴射時間積算値（ＩＮＪｓｕｍ）の積算を行なわない。
その後、リアＯ２制御の開始判定は、始動後経過時間（Ｔｅ１ｐａｓｅ）が始動後経過時間しきい値（Ｔｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）を超えた条件、あるいは、始動後インジェクタ噴射時間積算時間（ＩＮＪｓｕｍ）が始動後インジェクタ噴射積算時間しきい値（ＩＮＪｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）を超えた条件のいずれかが成立した場合である。
これにより、インジェクタ噴射時間（Ｔｉｎｊ）、始動時エンジン水温及び始動後経過時間（Ｔｅ１ｐａｓｅ）から、触媒  の暖機状況を推測し、触媒  の温度が十分上昇したと判断した場合において、エンジン始動後のリアＯ２制御の開始経過時間に達していない場合でも、リアＯ２制御を開始する。
つまり、エンジン１の始動後において、インジェクタ噴射時間（Ｔｉｎｊ）を積算することにより、エンジン負荷に比例するインジェクタ噴射時間（Ｔｉｎｊ）を積算し、触媒４の暖機状態をある程度把握することができ、また、インジェクタ噴射時間積算時間（ＩＮＪｓｕｍ）をリアＯ２制御開始判定の条件とすることにより、適切な時期にリアＯ２制御を開始することが可能となり、これにより、エンジン１の冷機始動時の排ガス性能を向上することができる。
【００１５】
以上この発明の実施例について説明してきたが、上述の実施例の構成を請求項毎に当てはめて説明する。
先ず、請求項１に記載の発明において、制御手段１１は、エンジン１が始動したかどうかを判定する始動判定手段１１Ａと、エンジン１が始動した後の燃料噴射時間であるインジェクタ噴射時間（Ｔｉｎｊ）を積算する噴射時間積算手段１１Ｂと、エンジン１が始動した後の経過時間である始動後経過時間（Ｔｅｌｐａｓｅ）を積算する経過時間積算手段１１Ｃと、前記始動判定手段１１Ａによりエンジン１が始動したと判定された条件下で前記噴射時間積算手段１１Ｂにより積算されたインジェクタ噴射時間（Ｔｉｎｊ）のインジェクタ噴射積算時間である始動後インジェクタ噴射積算時間（ＩＮＪｓｕｍ）が設定噴射積算時間である始動後インジェクタ噴射積算時間しきい値（ＩＮＪｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）よりも長い場合あるいは前記経過時間積算手段１１Ｃにより積算された始動後経過時間（Ｔｅｌｐａｓｅ）が設定経過時間である始動後経過時間しきい値（Ｔｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）よりも長い場合にはリアＯ２制御を開始するフィードバック開始手段１１Ｄとを備えている。これにより、エンジン１の負荷量に比例するパラメータを新たに追加し、触媒４が活性化したかどうかの判定に利用しているので、触媒４の実際の活性化状態を反映した情報を得ることができるため、リアＯ２制御を早期に開始することが可能となり、エンジン冷機始動後の排ガス低減を可能とする。
【００１６】
また、請求項２に記載の発明は、前記設定噴射積算時間である始動後インジェクタ噴射積算時間しきい値（ＩＮＪｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）と前記設定経過時間である始動後経過時間しきい値（Ｔｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）は、共に、冷却水温検出手段である水温センサ８により検出されたエンジン水温が高くなる程短くなるように設定されている。これにより、エンジン１の運転状態に応じた各設定値を設けているので、正確に触媒４の暖機状態を把握した空燃比制御を実現することが可能である。
【００１７】
更に、請求項３に記載の発明は、前記噴射時間積算手段１１Ｂは、燃料噴射時間であるインジェクタ噴射時間（Ｔｉｎｊ）が設定最小値であるインジェクタ噴射時間積算ミニマム値（ＩＮＪｍｉｎ）を超えた値のみを積算している。これにより、エンジン１に負荷がかかっている場合のインジェクタ噴射時間（Ｔｉｎｊ）のみ始動後インジェクタ噴射積算時間（ＩＮＪｓｕｍ）にカウントしているので、精度の高い始動後インジェクタ噴射積算時間（ＩＮＪｓｕｍ）を測定することができ、よって、エンジン１のアイドリング運転等の無負荷状態が長く続いた場合において、触媒４の活性状態の誤判定を防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
エンジン負荷量に比例するパラメータによって触媒が活性化したかどうかを判定し、触媒の実際の活性化状態を反映して下流側空燃比検出手段の検出値を利用した空燃比のフィードバック制御（リアＯ２制御）を早期に開始させることを、他の制御にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】空燃比制御のフローチャートである。
【図２】空燃比制御のタイムチャートである。
【図３】しきい値設定テーブルである。
【図４】空燃比制御装置のシステム構成図である。
【符号の説明】
【００２０】
１  エンジン
２  排気管
３  排気通路
４  触媒
５  空燃比制御装置
６  インジェクタ
７  クランク角センサ
８  水温センサ
９  上流側空燃比検出手段
１０  下流側空燃比検出手段
１１  制御手段
１１Ａ  始動判定手段
１１Ｂ  噴射時間積算手段
１１Ｃ  経過時間積算手段
１１Ｄ  フィードバック開始手段
１１Ｅ  タイマ
１２  イグニションスイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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