(57)【要約】      （修正有）【課題】エキゾーストブレーキ中または燃料カット中にの空燃比センサの誤検出を防止するほか、通常運転時の空燃比センサの素子割れ等を防止する。【解決手段】運転条件が通常運転中かエキゾーストブレーキ作動中か燃料カット作動中かを判定する手段、運転条件が通常運転中のときは、エンジン回転数およびエンジン負荷に基づいて、空燃比センサの素子温度を適正範囲に維持するべく空燃比センサのヒータ素子への印加電圧をデューティ制御する手段、運転条件がエキゾーストブレーキ作動中のときは、エンジン回転数に基づいて、空燃比センサの素子温度が適正範囲から低下するのを抑えるべく空燃比センサのヒータ素子への印加電圧をデューティ制御する手段、運転条件が燃料カット作動中のときは、エンジン回転数に基づいて、空燃比センサの素子温度が適正範囲から低下するのを抑えるべく空燃比センサのヒータ素子への印加電圧をデューティ制御する手段、を備える。【選択図】図３
2007056718.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気中の空気過剰率を検出する空燃比センサ、この検出値を目標空燃比と一致させるべく燃料供給量を制御する手段、を備える空燃比制御装置において、運転条件が通常運転中かエキゾーストブレーキ作動中か燃料カット作動中かどうかを判定する手段、運転条件が通常運転中のときは、エンジン回転数およびエンジン負荷に基づいて、空燃比センサの素子温度を適正範囲に維持するべく空燃比センサのヒータ素子への印加電圧をデューティ制御する手段、運転条件がエキゾーストブレーキ作動中のときは、エンジン回転数に基づいて、空燃比センサの素子温度が適正範囲から低下するのを抑えるべく空燃比センサのヒータ素子への印加電圧をデューティ制御する手段、運転条件が燃料カット作動中のときは、エンジン回転数に基づいて、空燃比センサの素子温度が適正範囲から低下するのを抑えるべく空燃比センサのヒータ素子への印加電圧をデューティ制御する手段、を備えることを特徴とする空燃比制御装置。
【請求項２】
エンジンの排気中の空気過剰率を検出する空燃比センサ、この検出値を目標空燃比と一致させるべく燃料供給量を制御する手段、を備える空燃比制御装置において、電源電圧をパラメータに空燃比センサのヒータ素子への印加電圧を所定の基準レベルに制御するための基準ヒータ通電デューティを設定する手段、運転条件が通常運転中かエキゾーストブレーキ作動中か燃料カット作動中かどうかを判定する手段、運転条件の判定が通常運転中のときは、通常運転中の空燃比センサの素子温度を適正範囲に維持するべくエンジン回転数およびエンジン負荷をパラメータに設定されるマップからエンジン回転数の検出値およびエンジン負荷の検出値に対応するヒータ通電デューティ補正係数を求める手段、運転条件の判定がエキゾーストブレーキ作動中のときは、エキゾーストブレーキ作動中の空燃比センサの素子温度が適正範囲から低下するのを抑えるべくエンジン回転数をパラメータに設定されるマップからエンジン回転数の検出値に対応するヒータ通電デューティ補正係数を設定する手段、運転条件の判定が燃料カット作動中のときは、燃料カット作動中の空燃比センサの素子温度が適正範囲から低下するのを抑えるべくエンジン回転数をパラメータに設定されるマップからエンジン回転数の検出値に対応するヒータ通電デューティ補正係数を求める手段、最終ヒータ通電デューティ＝基準ヒータ通電デューティ×運転条件の対応するヒータ通電デューティ補正係数を算出する手段、この算出値に基づいて空燃比センサのヒータ素子への印加電圧をデューティ制御する手段、を備えることを特徴とする空燃比制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エンジンの空燃比制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、CNG（圧縮天然ガス）など気体燃料を使用するガスエンジンにおいては、エンジンの排気中の空気過剰率を検出する空燃比センサが設けられ、この検出信号に基づいて空燃比の検出値が目標値となるように燃料供給量を増減する制御（空燃比のフィードバック制御）手段が備えられる（特許文献１）。
【０００３】
空燃比センサは、排気中に臨むセンサ素子が不活性となり、所定の出力が得られないことがあるので、センサ素子を昇温させるヒータ素子が内蔵される。特許文献１の場合、ヒータ素子への印加電圧は、通常運転時に所定の基準電圧（例えば、10Ｖ）に維持され、エキゾーストブレーキの作動条件（燃料カットの作動条件を含む排気温度の下がる運転条件）が成立すると、センサ素子の温度低下を抑えるため、その間は通常運転時よりも高い電圧（例えば,12Ｖ）に切り替えるようになっている。
【特許文献１】特開平０９−３２９５７４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
空燃比センサのヒータ素子への印加電圧は、エキゾーストブレーキまたは燃料カットの作動中、通常運転時よりも高められるが、その電圧値は一定（例えば、12Ｖ）に制御されるに過ぎないため、排気流量の多寡によっては、センサ素子の温度低下を十分に抑えられない可能性が考えられる（図５、参照）。通常運転時においても、ヒータ素子への印加電圧は一定（例えば、10Ｖ）に制御されるに過ぎないため、空燃比の目標値によっては、空燃比センサの素子温度が上がり過ぎて素子割れ等を招きかねないのである（図４、参照）。
【０００５】
この発明は、このような課題を解決するための有効な手段の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、エンジンの排気中の空気過剰率を検出する空燃比センサ、この検出値を目標空燃比と一致させるべく燃料供給量を制御する手段、を備える空燃比制御装置において、運転条件が通常運転中かエキゾーストブレーキ作動中か燃料カット作動中かどうかを判定する手段、運転条件が通常運転中のときは、エンジン回転数の検出値およびエンジン負荷の検出値に基づいて、空燃比センサの素子温度を適正範囲に維持するべく空燃比センサのヒータ素子への印加電圧をデューティ制御する手段、運転条件がエキゾーストブレーキ作動中のときは、エンジン回転数の検出値に基づいて、空燃比センサの素子温度が適正範囲から低下するのを抑えるべく空燃比センサのヒータ素子への印加電圧を通常運転時よりも高くデューティ制御する手段、運転条件が燃料カット作動中のときは、エンジン回転数の検出値に基づいて、空燃比センサの素子温度が適正範囲から低下するのを抑えるべく空燃比センサのヒータ素子への印加電圧を通常運転時よりも高くデューティ制御する手段、を備えることを特徴とする。
【０００７】
第２の発明は、エンジンの排気中の空気過剰率を検出する空燃比センサ、この検出値を目標空燃比と一致させるべく燃料供給量を制御する手段、を備える空燃比制御装置において、バッテリ電圧をパラメータに設定されるマップデータからバッテリ電圧の検出値に基づいて空燃比センサのヒータ素子への印加電圧を所定の基準レベルに維持するための基準ヒータ通電デューティを求める手段、運転条件が通常運転中かエキゾーストブレーキ作動中か燃料カット作動中かどうかを判定する手段、運転条件の判定が通常運転中のときは、通常運転中の空燃比センサの素子温度を適正範囲に維持するべくエンジン回転数およびエンジン負荷をパラメータに設定されるマップデータからエンジン回転数の検出値およびエンジン負荷の検出値に対応するヒータ通電デューティ補正係数を求める手段、運転条件の判定がエキゾーストブレーキ作動中のときは、エキゾーストブレーキ作動中の空燃比センサの素子温度が適正範囲から低下するのを抑えるべくエンジン回転数をパラメータに通常運転時よりも大きく設定されるマップデータからエンジン回転数の検出値に対応するヒータ通電デューティ補正係数を求める手段、運転条件の判定が燃料カット作動中のときは、燃料カット作動中の空燃比センサの素子温度が適正範囲から低下するのを抑えるべくエンジン回転数をパラメータに通常運転時よりも大きく設定されるマップデータからエンジン回転数の検出値に対応するヒータ通電デューティ補正係数を求める手段、「最終ヒータ通電デューティ＝基準ヒータ通電デューティ×運転条件の対応するヒータ通電デューティ補正係数」を算出する手段、この算出値に基づいて空燃比センサのヒータ素子への印加電圧をデューティ制御する手段、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
第１の発明または第２の発明においては、運転条件が通常運転中の場合、空燃比センサのヒータ素子への印加電圧は、エンジン回転数の検出値およびエンジン負荷の検出値に基づいてデューティ制御される。このため、全運転領域において、空燃比センサの素子温度を適正範囲に維持しえるのである。例えば、高負荷域において、ヒータ素子への印加電圧を低負荷域よりも低く制御することにより、空燃比センサの素子温度が過度に上昇するのを抑えることもできる。運転条件がエキゾーストブレーキ中または燃料カット中の場合、エンジンへの燃料供給量が皆無か極く微量となり、排気温度が低下するが、空燃比センサのヒータ素子への印加電圧は、通常運転時よりも高く制御されるため、空燃比センサの素子温度の低下が抑えられ、適正範囲に維持することができる。この場合においても、空燃比センサのヒータ素子への印加電圧は、一定に制御するのでなく、エンジン回転数の検出値に基づいてデューティ制御されるため、空燃比センサの素子温度の低下を過不足なく抑えられ、適正範囲に効率よく維持しえるのである。これらの結果、空燃比センサの誤検出および素子割れ等を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１において、１０はCNG（圧縮天然ガス）を燃料に使用するエンジンであり、エンジン１０の吸気通路１６にスロットル弁１１が介装され、その上流に燃料供給装置１２のノズル１３が配置される。スロットル弁１１は、エンジン１０への吸気量（混合気量または空気量）を調整するものであり、駆動手段１１ａ（モータ）により開閉される。１８はアイドル流量（エンジンへの混合気量）を制御するアイドルコントロール弁であり、スロットル弁１１を迂回するバイパス通路１７に介装される。スロットル弁１１は、アクセル開度センサ（アクセル操作量を検出する）の検出値に対応する開度に制御される。アイドルコントロール弁１８は、スロットル全閉状態において、アイドル回転を一定に保つように開度が制御される。
【００１０】
エンジン１０の排気通路２０にエキゾーストブレーキシャッタ（図示せず）が介装される。エキゾーストブレーキシャッタは、エキゾーストブレーキの作動時に排気通路２０を閉じる（絞る）ものであり、その駆動手段にエアシリンダ２１が備えられる。エアシリンダ２１は、エアタンクに接続され、電磁弁２２（エキゾーストブレーキバルブ）が給気側に切り替わると、エアタンクからの圧縮空気により、エキゾーストブレーキシャッタを閉じる一方、電磁弁２２が排気側に切り替わると、リターンスプリングにより、エキゾーストブレーキシャッタを開くように作動する。エキゾーストブレーキバルブ２２は、エキゾーストブレーキの作動条件が成立すると、その間は給気側に制御される。
【００１１】
１９はエンジン１０の点火プラグであり、運転条件が通常運転中の場合、エンジン回転数および吸気圧力に対応する最適な点火時期に制御される一方、運転条件がエキゾーストブレーキ中または燃料カット中の場合、所定の休止期間を設定するように制御される。
【００１２】
燃料供給装置１２は、ガスボンベ（図示せず）からノズルへの燃料（CNG）を供給する配管が備えられ、配管に低圧燃料遮断弁１５およびガス制御弁１４（噴射弁）のほか、ガスボンベ側から高圧燃料遮断弁（主止弁），レギュレータが順に介装される。高圧燃料遮断弁，低圧燃料遮断弁１５は、イグニッションスイッチ（エンジンキースイッチ）のONにより開弁する一方、イグニッションスイッチのOFFにより閉弁するように制御される。レギュレータは、高圧燃料を所定の低圧燃料に調圧（減圧）するものであり、ガス制御弁１４は、空燃比が略一定の混合気を生成するべく、ノズル１３への供給量（噴射量）を運転状態に応じて制御する。ガス制御弁１４の噴射量（噴射パルス幅）は、運転条件が通常運転中の場合、エンジン回転数および吸気圧力に対応する基本噴射量と、空燃比の検出値と目標値との偏差に基づくフィードバック補正量と、から決定される。運転条件がエキゾーストブレーキ中または燃料カット中の場合、低圧燃料遮断弁１５が閉弁かつガス制御弁１４が噴射量０（噴射パルス幅０％）に制御される。
【００１３】
２８はコントロールユニットであり、アクセル開度センサ（図示せず）、クランク角センサ２４（エンジン回転センサとして機能する）、吸気圧力センサ２５（エンジン負荷センサとして機能する）、空燃比センサ２３、等の検出信号に基づいて、スロットル弁１１，アイドルコントロールバルブ１８，点火プラグ１９、低圧燃料遮断弁１５，ガス制御弁１４、エキゾーストブレーキバルブ２２、を既述のように制御する。
【００１４】
コントロールユニット２８のエキゾーストブレーキ制御については、エキゾーストブレーキの作動条件が成立すると、燃料カット（低圧燃料遮断弁１５が閉弁かつガス制御弁１４が噴射パルス幅０％に制御する）と共に点火信号をOFFする。所定時間が経過すると、エキゾーストブレーキシャッタを閉じると共に点火信号をONするのである。その後、空燃比センサ２３により、空燃比を監視しつつ、異常燃焼（バックファイア等）が判定されると、エキゾーストブレーキシャッタを開くようになっている。
【００１５】
空燃比センサ２３は、排気中に臨むセンサ素子を昇温させるヒータ素子が内蔵され、ヒータ素子への印加電圧をデューティ制御する手段（空燃比ヒータ制御手段）がコントロールユニット２８に設定される。図１において、バッテリ電圧の低下を補償するべくバッテリ電圧をパラメータに設定されるマップデータからバッテリ電圧センサ（図示せず）の検出値に基づいて空燃比センサ２３のヒータ素子への印加電圧を所定の基準レベルに維持するための基準ヒータ通電デューティを求める手段３０（基準ヒータ通電デューティ算出手段）、運転条件が通常運転中かエキゾーストブレーキ作動中か燃料カット作動中かどうかを判定する手段３１（運転条件判定手段）、運転条件の判定が通常運転中のときは、通常運転中の空燃比センサ２３の素子温度を適正範囲に維持するべくエンジン回転数およびエンジン負荷をパラメータに設定されるマップデータからクランク角センサ２４の検出信号（エンジン回転数の検出値）および吸気圧力センサ２５の検出信号（エンジン負荷の検出値）に対応するヒータ通電デューティ補正係数を求める手段３２（通常運転時ヒータ通電デューティ補正手段）、運転条件の判定がエキゾーストブレーキ作動中のときは、エキゾーストブレーキ作動中の空燃比センサ２３の素子温度が適正範囲から低下するのを抑えるべくエンジン回転数をパラメータに通常運転時よりも大きく設定されるマップデータからクランク角センサ２４の検出信号（エンジン回転数の検出値）に対応するヒータ通電デューティ補正係数を求める手段３３（エキゾーストブレーキ時ヒータ通電デューティ補正手段）、運転条件の判定が燃料カット作動中のときは、燃料カット作動中の空燃比センサ２３の素子温度が適正範囲から低下するのを抑えるべくエンジン回転数をパラメータに通常運転時よりも大きく設定されるマップデータからクランク角センサ２４の検出信号（エンジン回転数の検出値）に対応するヒータ通電デューティ補正係数を求める手段３４（燃料カット時ヒータ通電デューティ補正手段）、が備えられる。
【００１６】
３５は運転条件判定手段３１の出力（判定信号）に対応するヒータ通電デューティ補正手段３２〜３４を選択する手段であり、３６は「最終ヒータ通電デューティ＝基準ヒータ通電デューティ×運転条件の対応するヒータ通電デューティ補正係数」を算出する手段であり、３７はこの算出値に基づいて空燃比センサ２３のヒータ素子への印加電圧をデューティ制御する手段（ヒータ通電デューティ制御手段）である。
【００１７】
図２は、空燃比ヒータ制御手段を説明するダイアグラムであり、ヒータ通電デューティの選択手段３５は、運転条件の判定信号が「00」の場合、通常運転時ヒータ通電デューティ補正手段３２に対応する接点「00」を、運転条件の判定信号が「01」の場合、エキゾーストブレーキ時ヒータ通電デューティ補正手段３３に対応する接点「01」を、運転条件の判定信号が「02」の場合、燃料カット時ヒータ通電デューティ補正手段３４に対応する接点「02」を、選択的に閉成する。
【００１８】
通常運転時ヒータ通電デューティ補正手段３２においては、マップデータTBKAFHTからクランク角センサ２４の検出信号および吸気圧力センサ２５の検出信号に対応する検索値をヒータ通電デューティ補正係数vkafhtとして出力する。エキゾーストブレーキ時ヒータ通電デューティ補正手段３３は、マップデータTBKAFHT-EXBからクランク角センサ２４の検出信号に対応する検索値をヒータ通電デューティ補正係数vkafhtとして出力する。燃料カット時ヒータ通電デューティ補正手段３４は、マップデータTBKAFHT-CFからクランク角センサ２４の検出信号に対応する検索値をヒータ通電デューティ補正係数vkafhtとして出力する。基準ヒータ通電デューティ算出手段３０は、マップデータTBAFHTからバッテリ電圧センサの検出信号に対応する検索値を基準ヒータ通電デューティvafhtとして出力する。
【００１９】
最終ヒータ通電デューティ算出手段３６は、基準ヒータ通電デューティvafhtと選択手段３５からのヒータ通電デューティ補正係数vkafhtとから、最終ヒータ通電デューティvafhtlod＝vafht×vkafhtを算出する。そして、空燃比センサ２３のヒータ素子への印加電圧は、算出値vafhtlodにデューティ制御されるのである。
【００２０】
これにより、運転条件が通常運転中の場合、空燃比センサ２３のヒータ素子への印加電圧は、運転状態（エンジン回転数，エンジン負荷）に応じてデューティ制御される。このため、全運転領域において、空燃比センサ２３の素子温度を適正範囲に維持しえるのである。例えば、高負荷域において、ヒータ素子への印加電圧を低負荷域よりも低く制御することにより、空燃比センサ２３の素子温度が過度に上昇するのを抑えることもできる。空燃比センサ２３のヒータ素子への印加電圧を一定に制御する場合、図４のように素子温度が低すぎる領域または素子温度が高すぎる領域が生じやすくなる。
【００２１】
運転条件がエキゾーストブレーキ中または燃料カット中の場合、エンジンへの燃料供給量が皆無か極く微量となり、排気温度が低下するが、空燃比センサ２３のヒータ素子への印加電圧は、通常運転時よりも高く制御されるため、空燃比センサ２３の素子温度の低下が抑えられ、適正範囲に維持することができる。この場合においても、空燃比センサ２３のヒータ素子への印加電圧は、一定に制御するのでなく、エンジン回転数の検出値に基づいてデューティ制御されるため、空燃比センサ２３のヒータ素子への印加電圧をを過不足なく抑えられ、適正範囲に効率よく維持しえるのである。空燃比センサ２３のヒータ素子への印加電圧を通常運転時と同一レベルに維持する場合、図５のように素子温度が適正範囲から低下してしまう。そのため、ヒータ素子への印加電圧は、通常運転時よりも高められるが、素子温度の低下は、エンジン回転率に応じて大きくなるため、通常運転時よりも高く一定にヒータ素子への印加電圧を制御する場合、ヒータ素子への印加電圧の低下を十分に抑えられない可能性が考えられるのである。
【００２２】
この実施形態においては、運転条件判定手段３５、通常運転時ヒータ通電デューティ補正手段３２、エキゾーストブレーキ時ヒータ通電デューティ補正手段３３、燃料カット時ヒータ通電デューティ補正手段３４、を備えるため、空燃比センサ２３の誤検出および素子割れ等を防止することができる。エキゾーストブレーキ制御においては、点火信号のON後、空燃比センサ２３により、空燃比を監視しつつ、異常燃焼（バックファイア等）が判定されると、エキゾーストブレーキシャッタを開くようになっているが、空燃比センサ２３の誤検出の防止が得られるので、エキゾーストブレーキの正常かつ有効な機能を維持することが可能となる。
【００２３】
図３は、空燃比ヒータ制御手段を説明するフローチャートであり、S1においては、バッテリ電圧センサの検出信号を読み込む。S2においは、マップデータTBAFHTからバッテリ電圧の検出値に対応する検索値を基準ヒータ通電デューティvafhtとして求める。S5〜S12は、S1およびS2と平行に処理される。S5においては、クランク角センサ２４の検出信号を読み込む。S6においては、吸気圧力センサ２５の検出信号を読み込む。S7においては、運転条件としてエキゾーストブレーキの作動条件が成立または燃料カットの作動条件が成立か、それ以外の通常運転中かどうかを判定する。
【００２４】
S8においては、運転条件の判定がエキゾーストブレーキの作動条件の成立中かどうかを判定する。S8の判定がyesのときは、S9において、マップデータTBKAFHT-EXBからエンジン回転数の検出値に対応する検索値をヒータ通電デューティ補正係数vkafhtとして求める。S8の判定がnoのときは、S10において、運転条件の判定が燃料カットの作動条件の成立中かどうかを判定する。S10の判定がyesのときは、S11において、マップデータTBKAFHT-FCからエンジン回転数の検出値に対応する検索値をヒータ通電デューティ補正係数vkafhtとして求める。S10の判定がnoのときは、運転条件の判定が通常運転中と判定され、S12において、マップデータTBKAFHTからエンジン回転数の検出値およびエンジン負荷の検出値に対応する検索値をヒータ通電デューティ補正係数vkafhtとして求める。
【００２５】
S3においては、S2の基準ヒータ通電デューティと、S9またはS11またはS12のヒータ通電デューティ補正係数vkafhtと、からvafhtlod＝vafht×vkafhtを算出する。S4においては、この算出値vafhtlodに基づいて空燃比センサ２３のヒータ素子への印加電圧をデューティ制御するのである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この発明の実施形態を説明するシステム構成図である。
【図２】同じく空燃比ヒータ制御手段を説明するダイアグラムである。
【図３】同じく空燃比ヒータ制御手段を説明するフローチャートである。
【図４】空燃比センサの通常運転時の素子温度を例示する特性図である。
【図５】空燃比センサのエキゾーストブレーキ時の素子温度を例示する特性図である。
【符号の説明】
【００２７】
１１  スロットル弁
１２  燃料供給装置
１４  ガス制御弁
１５  低圧燃料遮断弁
１９  点火プラグ
２２  エキゾーストブレーキバルブ
２３  空燃比センサ
２４  クランク角センサ
２５  吸気圧力センサ
２８  コントロールユニット
３０  基準ヒータ通電デューティ算出手段
３１  運転条件判定手段
３２  通常運転時ヒータ通電デューティ補正手段
３３  エキゾーストブレーキヒータ通電デューティ補正手段
３４  燃料カット時ヒータ通電デューティ補正手段
３５  選択手段
３６  算出手段
３７  最終ヒータ通電デューティ制御手段
【図１】
2007056718.tif 000003
【図２】
2007056718.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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