(57)【要約】【課題】コールド始動直後から空燃比を適切に制御することで、排気中のエミッションを低減可能な内燃機関の空燃比制御装置を提供する。【解決手段】排気系に設けられ、排気を浄化する触媒と、触媒に流入する排気の空燃比を検知可能な空燃比検知手段と、空燃比検知手段が空燃比を検知可能な状態であるか否かを空燃比検知状態判定手段（ステップＳ１）と、気筒からの排圧波を検出する排圧検出手段と、コールド始動時であって空燃比検知手段が空燃比を検知可能な状態ではないときには、排圧検出手段の検出信号に基づいて燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御手段（ステップＳ２）と、を有することを特徴とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気系に設けられ、排気を浄化する触媒と、
前記触媒に流入する排気の空燃比を検知可能な空燃比検知手段と、
前記空燃比検知手段が空燃比を検知可能な状態であるか否かを空燃比検知状態判定手段と、
気筒からの排圧波を検出する排圧検出手段と、
コールド始動時であって前記空燃比検知手段が空燃比を検知可能な状態ではないときには、前記排圧検出手段の検出信号に基づいて燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御手段と、
を有する内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項２】
前記排圧検出手段は、エキゾーストマニホールドの各ブランチの合流場所に設けられている、
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項３】
前記排圧検出手段は、エキゾーストマニホールドであって各排気ポート出口に設けられている、
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項４】
前記燃料噴射量制御手段は、前記排圧検出手段で検出した排圧が基準排圧よりも高いときには燃料噴射量を減量し、低いときには燃料噴射量を増量する、
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項５】
前記燃料噴射量制御手段は、前記空燃比検知手段が空燃比を検知可能な状態になった後は、その空燃比検知手段の検知信号に基づいて燃料噴射量を制御する、
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項６】
前記空燃比検知手段が空燃比を検知可能な状態ではあるときに、前記排圧検出手段の検出信号に基づいて空燃比を推定する空燃比推定手段と、
前記推定空燃比が略理論空燃比であるか否かを判定する空燃比判定手段と、
機関がアイドル状態であるか否かを判定するアイドル判定手段と、
を備え、
前記燃料噴射量制御手段は、前記空燃比検知手段が空燃比を検知可能な状態になった後であっても、機関がアイドル状態であり、かつ前記推定空燃比が略理論空燃比でないときには、前記排圧検出手段の検出信号に基づいて燃料噴射量を制御する、
ことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の空燃比を制御する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
排気系に設けられた触媒の排気浄化性能を最大限に発揮させるには、触媒に流入する排気の空燃比を制御することが重要である。そこで空燃比を制御する方法が種々提案されている。例えば、一般的には、排気系にＯ２センサを設け、その検出信号をフィードバックすることで、排気の空燃比を制御している。
【０００３】
また、特許文献１には、気筒内から既燃ガスが排出される際に排気管に伝わる圧力波の大きさが気筒内に噴射された燃料量と相関することに着目し、触媒の前後の差圧を測定する差圧センサを設け、排気が差圧センサに到達するまでの時間及び差圧に基づいて燃料噴射量を補正する方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−１２０３７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上述したいずれの方法も、コールド（冷機）始動直後は、空燃比を制御できない。
【０００５】
すなわち、排気系にＯ２センサを設ける方法では、Ｏ２センサが活性化するまでに時間を要するので、Ｏ２センサが活性化するまでは空燃比を制御できない。
【０００６】
また、触媒の前後の差圧を測定する方法では、差圧値も、圧力到達時間も定常運転でなければ変動してしまうので、始動時のような過渡運転領域では、時間とともにエンジン回転速度、排圧、燃料噴射量を変動してしまう。このような場合には、時間という変数があるので、差圧を使用しての制御を行うことができないのである。
【０００７】
そこで、従来は、コールド始動直後のように空燃比を制御できないときには、始動性を考慮して、空燃比が理論空燃比（ストイキ）よりもリッチになるように燃料を増量している。
【０００８】
ところがこのようにすると、Ｏ２センサが活性化するまではＨＣ（エミッション）が多く排出されてしまう。
【０００９】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、コールド始動直後から空燃比を適切に制御することで、排気中のエミッションを低減可能な内燃機関の空燃比制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
【００１１】
本発明は、排気系に設けられ、排気を浄化する触媒（１２）と、前記触媒（１２）に流入する排気の空燃比を検知可能な空燃比検知手段（１４）と、前記空燃比検知手段（１４）が空燃比を検知可能な状態であるか否かを空燃比検知状態判定手段（ステップＳ１）と、気筒からの排圧波を検出する排圧検出手段（１３）と、コールド始動時であって前記空燃比検知手段（１４）が空燃比を検知可能な状態ではないときには、前記排圧検出手段（１３）の検出信号に基づいて燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御手段（ステップＳ２）と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、コールド始動時であって空燃比検知手段が空燃比を検知可能な状態ではないときには、排圧検出手段の検出信号に基づいて燃料噴射量を制御するようにしたので、コールド始動直後から空燃比をほぼストイキに制御することができるようになったため、コールド始動直後からエミッション排出量を低減でき、非常に優れたエミッション低減効果を得ることができるのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下では図面等を参照して本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
【００１４】
まず始めに発明の内容の理解を容易にするために、本発明の基本的な考え方について説明する。図１は、エンジンの通常の空燃比制御について説明する図であり、空燃比（縦軸）の時間変化（横軸）を示している。
【００１５】
エンジンの排気系の三元触媒は、空燃比が所謂ウィンドウと呼ばれる理論空燃比（ストイキ）付近の狭い範囲にあるときに浄化機能を発揮する。そこで通常、触媒の入口にＯ２センサを設け、触媒に流入する排気の空燃比がストイキになるように燃料噴射量を制御している。
【００１６】
しかし、コールド始動直後はＯ２センサが活性化していないので、排気の空燃比を検出することができず、排気空燃比を制御することができない。そこで従来は、エンジンの始動性を考慮して排気が理論空燃比（ストイキ）よりもリッチになるようにしている。
【００１７】
ところがこのようにすると、三元触媒による排気の浄化率が低く、エミッションの排出量が多いのである。
【００１８】
図２は始動からの空燃比及び排温の関係を示す図である。
【００１９】
図２（Ａ）のａのように空燃比が１６程度のときには図２（Ｂ）のａのように排温が変化し、図２（Ａ）のｂのように空燃比が１１．５程度のときには図２（Ｂ）のｂのように排温が変化する。
【００２０】
図２（Ｂ）をみると分かるように、例えば、始動後１８秒の場合には、空燃比１６のときには排温が３７０℃であるのに対して空燃比１１．５のときには排温が３２０℃となっている。
【００２１】
このように空燃比が変わると排温も変わるのである。すなわち、空燃比がストイキよりもリーン側であれば空気が十分にあるので燃料が燃えやすく、リッチ側であれば空気が不足するので燃料が燃えにくいことから、このような傾向にあるのである。そしてこの空燃比と排温との関係は、エンジン機種毎に決定される。したがって、あらかじめ始動開始からの排温変化データを持っていれば、排温から空燃比を推定することができるのである。排気の温度変化と排気の圧力変化とには一定の関係があるので、圧力から空燃比を推定することができるのである。したがって、あらかじめ始動開始からの排圧の変化データを持っていれば、排圧から空燃比を推定することができるのである。
【００２２】
そこで本願は圧力センサによって排圧を検出し、その検出値から空燃比を推定することで、Ｏ２センサの活性化前の段階でも燃料噴射量を適切に制御できるようになったのである。
【００２３】
以下では図面等を参照して、上記の基本的な考え方を適用した本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
（第１実施形態）
図３は、本発明による内燃機関の空燃比制御装置の第１実施形態を示す図であり、Ｖ型６気筒エンジンの左バンクの排気系を示す。
【００２４】
空燃比制御装置１０は、エキゾーストマニホールド１１と、触媒１２と、圧力センサ１３と、Ｏ２センサ１４と、クランク角センサ１５と、コントローラ（ＥＣＭ）１６とを有する。
【００２５】
触媒１２は、例えば三元触媒が好適であるが、それには限定されない。例えばＨＣトラップ触媒等であってもよい。ＨＣトラップ触媒はＨＣトラップ材層と三元触媒層とを有し、低温時にはＨＣ（炭化水素）をトラップし、暖機後はトラップしているＨＣを脱離して浄化するが、そのような触媒であっても、機関から排出されるＨＣを低減できれば触媒にかかる負荷が低減できるので、本発明による空燃比制御装置が好適に用いられるからである。
【００２６】
圧力センサ１３は、排圧を検出するセンサであって、各排気ポート出口に設けられている。圧力センサ１３は、検出した圧力信号をＥＣＭ１６に送信する。
【００２７】
Ｏ２センサ１４は、排気中の酸素を検出するセンサであって、触媒１２の入口に設けられている。Ｏ２センサ１４は、検出したＯ２信号をＥＣＭ１６に送信する。
【００２８】
クランク角センサ１５は、クランクシャフトの回転角度を検出する。ＥＣＭ１６では、その信号に基づいてエンジンの回転速度を算出する。
【００２９】
ＥＣＭ１６は、圧力センサ１３、Ｏ２センサ１４及びクランク角センサ１５の信号に基づいて、以下のように制御を行う。
【００３０】
図４はＥＣＭによる具体的な制御を示すフローチャートである。
【００３１】
始動開始時にタイマをリセットして初爆を終了したら処理を開始する。なお以下の処理は微少時間（例えば１０ｍｓｅｃ）ごとに繰り返し実行する。
【００３２】
ステップＳ１では、始動開始からの経過時間Ｔｉｍｅが、Ｏ２センサの活性化時間ＴＡを経過したか否かを判定する。なおこの活性化時間ＴＡは通常１２〜１５秒程度であるが、あらかじめ実験によって求めておく。始動開始からの経過時間Ｔｉｍｅが、Ｏ２センサの活性化時間ＴＡを経過していないときは、ステップＳ２へ進む。
【００３３】
ステップＳ２では、圧力センサ１３に基づいて空燃比を制御する。具体的な内容は図５を参照しながら説明する。
【００３４】
はじめにステップＳ２１において、圧力センサによる排圧Ｐｅ及びクランク角センサ１５による機関回転速度Ｎｅを取得する。
【００３５】
ステップＳ２２では、排圧Ｐｅが基準排圧Ｐstdよりも大きいか否かを判定する。ここで基準排圧Ｐstdとは、空燃比がストイキ（理論空燃比；空燃比＝１４．６）であるときの排圧であり、図６に示すようにエンジン回転速度によって変化する。そこでステップＳ２２では、ステップＳ２１で検出した機関回転速度Ｎｅに基づいて図６からそのときの基準排圧Ｐstdを求め、基準排圧Ｐstdと、ステップＳ２１で検出した排圧Ｐｅとを比較し、排圧Ｐｅが基準排圧Ｐstd以下のときは燃料噴射量ＴＰを減量し（ステップＳ２３）、排圧Ｐｅが基準排圧Ｐstdよりも大きいときは燃料噴射量ＴＰを増量する（ステップＳ２４）。
【００３６】
再び図４に戻る。ステップＳ３においてタイマをカウントアップし、始動開始からの経過時間Ｔｉｍｅが、Ｏ２センサの活性化時間ＴＡを経過するまで上記処理を繰り返し、Ｏ２センサの活性化時間ＴＡを経過したら（ステップＳ１においてＮ）、ステップＳ４へ進んで、Ｏ２センサに基づく空燃比制御に切り替える。なお、この制御は通常のλ制御であるので詳細な説明は省略する。
【００３７】
（本実施形態の効果）
Ｏ２センサが活性化するまでは排気の空燃比を検出することができないので、従来は排気空燃比を制御することができなかった。そこで、排気が理論空燃比（ストイキ）よりもリッチになるようにしているが、三元触媒は、空燃比が所謂ウィンドウと呼ばれる狭い範囲にあるときに浄化機能を発揮するので、空燃比を制御できないコールド始動直後は、排気の浄化率が低く、エミッションの排出量が多くなっていた。
【００３８】
本実施形態では、Ｏ２センサが活性化していないコールド始動直後は、排圧に基づいて燃料噴射量を制御するようにした。そのため、図７に太実線で示したようにコールド始動直後から空燃比をほぼストイキに制御することができた。したがって、触媒１２において排気を効率よく浄化できるようになったのである。前述した通り、エミッションの排出量は、コールド始動直後に非常に多いのであるが、本発明ではそのコールド始動直後のエミッション排出量を低減できるので、非常に優れたエミッション低減効果を呈するのである。
【００３９】
そして、本実施形態では、圧力センサを各排気ポート出口に設けている。したがって、排気ポートからの距離が短く、排気の圧力波が圧力センサに到達するまでの時間に関係なく、空燃比制御へのフォードバックを素早く行うことができるとともに、気筒間の制御値のバラつきを低減させることができるのである。
【００４０】
（第２実施形態）
図８は本発明による内燃機関の空燃比制御装置の第２実施形態を示す図である。なお以下に示す各実施形態では前述した実施形態と同様の機能を果たす部分には同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。
【００４１】
本実施形態の圧力センサ１３は、エキゾーストマニホールド１１の各ブランチの合流ポイントに配置されている。
【００４２】
各シリンダから圧力センサ１３までの距離は異なるので、排気空燃比が理論空燃比であるときに圧力センサ１３で検出する基準排圧は、各シリンダ毎に相違する。そこでＥＣＭ１６は、各シリンダ毎に基準排圧Ｐstdのデータを有している。
【００４３】
そして、クランク角センサ１５によって爆発シリンダを検出し、その検出したシリンダ毎に圧力センサ１３で検出した排圧を基準排圧Ｐstdと比較して燃料噴射量を制御する。
【００４４】
（本実施形態の効果）
本実施形態によれば、気筒数にかかわらず、エキゾーストマニホールドごとにひとつの圧力センサを用いて、コールド始動時からの空燃比を制御できるようになったので、コストを安価に抑制することができるのである。
【００４５】
（第３実施形態）
図９は本発明による内燃機関の空燃比制御装置の第３実施形態のフローチャートである。
【００４６】
上述の第１実施形態では、始動開始からの経過時間Ｔｉｍｅが、Ｏ２センサの活性化時間ＴＡを経過したら（ステップＳ１）、Ｏ２センサに基づく空燃比制御に切り替えたが、本実施形態では、Ｏ２センサに基づく空燃比制御に切り替えた後にあっても、常に圧力センサによって空燃比を監視し、所定の条件が成立したら、Ｏ２センサに基づく空燃比制御から、再び圧力センサに基づく空燃比制御に割り込ませるのである。具体的な制御は図９のフローチャートに基づいて説明する。
【００４７】
始動開始時にタイマをリセットして初爆を終了したら、始動開始からの経過時間Ｔｉｍｅが、Ｏ２センサの活性化時間ＴＡを経過したか否かを判定し（ステップＳ１）、圧力センサに基づいて空燃比を制御し（ステップＳ２）、タイマをカウントアップし、始動開始からの経過時間Ｔｉｍｅが、Ｏ２センサの活性化時間ＴＡを経過するまで上記処理を繰り返す。そして、Ｏ２センサの活性化時間ＴＡを経過したら（ステップＳ１においてＮ）、圧力センサで空燃比を監視し（ステップＳ１１）、空燃比がほぼストイキ（例えば空燃比＝１４．４〜１４．８）であるときには、Ｏ２センサに基づく空燃比制御（通常のλ制御）を行う（ステップＳ４）。このように、Ｏ２センサに基づく空燃比制御（通常のλ制御）中であっても、圧力センサによって空燃比を監視し続け、空燃比がほぼストイキから外れ（ステップＳ１２においてＮ）、スロットル開度＝０であるときには（ステップＳ１３）、システムに何らかのトラブルが発生していると考えられるので、圧力センサによる空燃比制御に切り替える。ただしステップＳ１３においてスロットル開度＝０でないときは、例えば加速のためにアクセルを踏み込んだために空燃比が一時的に変動したと考えられるので、このときは再びステップＳ４に戻ってＯ２センサに基づく空燃比制御（通常のλ制御）を行う。
【００４８】
（本実施形態の効果）
本実施形態によれば、常に圧力センサによって空燃比を監視するようにしたので、システムに何らかのトラブルが発生した場合であっても、エミッションの悪化を防止できるのである。
【００４９】
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。
【００５０】
例えば、ステップＳ２３，Ｓ２４において燃料噴射量を増減してるが、その結果を学習し、その学習結果を次回のコールド始動時に使用してもよい。そのようにすれば、迅速に目標通りの燃料噴射量にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】エンジンの通常の空燃比制御について説明する図である。
【図２】始動からの空燃比及び排温の関係を示す図である。
【図３】本発明による内燃機関の空燃比制御装置の第１実施形態を示す図である。
【図４】ＥＣＭによる具体的な制御を示すフローチャートである。
【図５】圧力センサに基づく空燃比制御のフローチャートである。
【図６】エンジン回転速度と基準排圧との関係を示す図である。
【図７】本発明の効果を説明する図である。
【図８】本発明による内燃機関の空燃比制御装置の第２実施形態を示す図である。
【図９】本発明による内燃機関の空燃比制御装置の第３実施形態のフローチャートである。
【符号の説明】
【００５２】
１０  空燃比制御装置
１１  エキゾーストマニホールド
１２  触媒
１３  圧力センサ（排圧検出手段）
１４  Ｏ２センサ（空燃比検知手段）
１５  クランク角センサ
１６  コントローラ（ＥＣＭ）
ステップＳ１  空燃比検知状態判定手段
ステップＳ２、ステップＳ４  燃料噴射量制御手段
ステップＳ１１  空燃比推定手段
ステップＳ１２  空燃比判定手段
ステップＳ１３  アイドル判定手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005291080.tif 000009
【図８】
2005291080.tif 000010
【図９】
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