(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ポートに接続する排気通路から分岐して再び排気通路に集合するバイパス通路にバイパス触媒を有し、集合部よりも下流側の排気通路に床下触媒を有するエンジンの空燃比制御装置であって、
前記排気通路の分岐部と集合部との間に設置され、前記エンジンから排出される排気の経路を切り換える弁機構と、
前記弁機構閉弁時に、前記バイパス通路に設置される第１空燃比センサの出力に基づいて空燃比を制御する閉弁時空燃比制御手段と、
前記弁機構開弁時に、前記弁機構よりも下流の排気通路に設置される第２空燃比センサの出力に基づいて空燃比を制御する開弁時空燃比制御手段と、
前記弁機構を閉弁状態から開弁状態へ切り換えた後の所定期間は、第１空燃比センサの出力に基づいて閉弁時空燃比制御手段を実行し、当該所定期間中は第１空燃比センサの出力に基づく制御ゲインを閉弁時よりも小さくする切換時空燃比制御手段と、を備え、
前記切換時空燃比制御手段は、前記バイパス通路に流入する排気の流量が低下するほど、前記閉弁時空燃比制御手段で設定される制御ゲインよりも制御ゲインを小さくすることを特徴とする空燃比制御装置。
【請求項２】
排気ポートに接続する排気通路から分岐して再び排気通路に集合するバイパス通路にバイパス触媒を有し、集合部よりも下流側の排気通路に床下触媒を有するエンジンの空燃比制御装置であって、
前記排気通路の分岐部と集合部との間に設置され、前記エンジンから排出される排気の経路を切り換える弁機構と、
前記弁機構閉弁時に、前記バイパス通路に設置される第１空燃比センサの出力に基づいて空燃比を制御する閉弁時空燃比制御手段と、
前記弁機構開弁時に、前記弁機構よりも下流の排気通路に設置される第２空燃比センサの出力に基づいて空燃比を制御する開弁時空燃比制御手段と、
前記弁機構を閉弁状態から開弁状態へ切り換えた後の所定期間は、第１空燃比センサの出力に基づいて閉弁時空燃比制御手段を実行し、当該所定期間中はエンジンからの排気の流量に基づいて前記弁機構の開度を全開時よりも低下させる切換時空燃比制御手段と、を備え、
前記切換時空燃比制御手段は、前記エンジンからの排気の流量が低下するほど、前記バイパス通路に排気が流入しやすいように前記弁機構の開度を低下させることを特徴とする空燃比制御装置。
【請求項３】
前記切換時空燃比制御手段は、前記エンジンがアイドル運転しており、前記エンジンからの排気の流量が低下した場合に前記弁機構の開度を低下させることを特徴とする請求項２に記載の空燃比制御装置。
【請求項４】
前記排気の流量は、エンジンの回転速度と負荷とから算出されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の空燃比制御装置。
【請求項５】
前記切換時空燃比制御手段は、前記所定期間の経過後に、前記閉弁時空燃比制御手段から前記開弁時空燃比制御手段に切り換えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の空燃比制御装置。
【請求項６】
前記所定期間は、前記弁機構閉弁時に前記分岐部から前記弁機構までの排気通路に滞留した排気が前記第２空燃比センサを通過するまでの時間であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つ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、エンジンの空燃比を制御する空燃比制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、排気を浄化する床下触媒を排気通路に備えるエンジンが広く知られている。このようなエンジンにおいて、エンジンから離れた位置の排気通路に床下触媒を設置すると、床下触媒が十分な浄化作用が得られるように活性するまでに時間が掛かる。また、床下触媒をエンジンに近い位置の排気通路に設置すると、熱劣化によって耐久性が低下するという問題がある。
【０００３】
特許文献１に記載の発明では、排気通路のメイン通路下流側に床下触媒を設置し、メイン通路上流側に配置されるバイパス通路にバイパス触媒を設置する。また、床下触媒よりも上流側のメイン通路には、エンジンからの排気がメイン通路又はバイパス通路を通るように切り換える切換バルブを設ける。床下触媒が活性するまでの間は、切換バルブは排気がバイパス通路を流れるようにメイン通路を閉じるので、バイパス通路を流れる排気は早期に活性化するバイパス触媒によって浄化され、排気の浄化効率を向上させることができる。
【特許文献１】特開平５−３２１６４４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、上記した特許文献１に記載の発明では、切換バルブがメイン通路を閉じているときに、切換バルブ近傍のメイン通路内部にエンジンからの排気の一部が滞留（以下「滞留ガス」という。）する。この滞留ガスは、切換バルブなどを介して放熱するので、エンジンからの排出直後の排気と比較して低温となる。このように滞留ガスが切換バルブで冷却されると、滞留ガス中の水分が凝縮して切換バルブに付着する。この水分が、切換バルブの開弁時に下流に流されてメイン通路の下流側に設置された空燃比センサに付着すると、空燃比センサが急激に冷却されて空燃比センサのセンサ素子割れが発生してしまう。そのため、上記した水分がメイン通路側の空燃比センサを通過するまので間は、バイパス通路側の空燃比センサの検出値に基づいて空燃比を制御し、水分通過後にメイン通路側の空燃比センサを活性温度まで昇温してその空燃比センサの検出値に基づいて空燃比を制御することで、メイン通路側の空燃比センサのセンサ素子割れを防止することが考えられる。
【０００５】
しかしながら、切換バルブを開くと、エンジンから排出される排気のほとんどはメイン通路を流れ、バイパス通路に流れ込む排気の流量は低下するので、空燃比センサに流入する排気の絶対量が不足して、バイパス通路側の空燃比センサの応答性が低下してしまう。そのため、切換バルブが開いて水分がメイン通路側の空燃比センサを通過するまでの間において、バイパス通路側の空燃比センサの検出値に基づいてエンジンの空燃比を制御すると、空燃比の変動が大きくなってエミッションが悪化するという問題が生じる。
【０００６】
そこで、本発明は、切換バルブが開いた場合でも、エミッションの悪化を抑制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】
【０００７】
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。
【０００８】
本発明は、排気ポートに接続する排気通路から分岐して再び排気通路に集合するバイパス通路にバイパス触媒を有し、集合部よりも下流側の排気通路に床下触媒を有するエンジンの空燃比制御装置であって、前記排気通路の分岐部と集合部との間に設置され、前記エンジンから排出される排気の経路を切り換える弁機構と、前記弁機構閉弁時に、前記バイパス通路に設置される第１空燃比センサの出力に基づいて空燃比を制御する閉弁時空燃比制御手段と、前記弁機構開弁時に、前記弁機構よりも下流の排気通路に設置される第２空燃比センサの出力に基づいて空燃比を制御する開弁時空燃比制御手段と、前記弁機構を閉弁状態から開弁状態へ切り換えた後の所定期間は、第１空燃比センサの出力に基づいて閉弁時空燃比制御手段を実行し、当該所定期間中は第１空燃比センサの出力に基づく制御ゲインを閉弁時よりも小さくする切換時空燃比制御手段と、を備え、前記切換時空燃比制御手段は、前記バイパス通路に流入する排気の流量が低下するほど、前記閉弁時空燃比制御手段で設定される制御ゲインよりも制御ゲインを小さくすることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、排気ポートに接続する排気通路から分岐して再び排気通路に集合するバイパス通路にバイパス触媒を有し、集合部よりも下流側の排気通路に床下触媒を有するエンジンの空燃比制御装置であって、前記排気通路の分岐部と集合部との間に設置され、前記エンジンから排出される排気の経路を切り換える弁機構と、前記弁機構閉弁時に、前記バイパス通路に設置される第１空燃比センサの出力に基づいて空燃比を制御する閉弁時空燃比制御手段と、前記弁機構開弁時に、前記弁機構よりも下流の排気通路に設置される第２空燃比センサの出力に基づいて空燃比を制御する開弁時空燃比制御手段と、前記弁機構を閉弁状態から開弁状態へ切り換えた後の所定期間は、第１空燃比センサの出力に基づいて閉弁時空燃比制御手段を実行し、当該所定期間中はエンジンからの排気の流量に基づいて前記弁機構の開度を全開時よりも低下させる切換時空燃比制御手段と、を備え、前記切換時空燃比制御手段は、前記エンジンからの排気の流量が低下するほど、前記バイパス通路に排気が流入しやすいように前記弁機構の開度を低下させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、弁機構が排気通路を開いて、第１空燃比センサから第２空燃比センサに切り換えてエンジンの空燃比を制御するまでの間は、空燃比変動が小さくなるように、第１空燃比センサの出力に基づく補正量を閉弁時よりも小さくする。これにより、第１空燃比センサの応答性が低下している場合であっても、エミッションの悪化を抑制することができる。
【００１１】
また、本発明によれば、弁機構が排気通路を開いて、第１空燃比センサから第２空燃比センサに切り換えてエンジンの空燃比を制御するまでの間は、第１空燃比センサの出力に基づいて弁機構の開度を全開時よりも低下させるので、バイパス通路に流れ込む排気の排気流量を大きく維持することができる。これにより、第１空燃比センサの応答性の低下が抑制されるので、エンジンの空燃比の変動を小さくすることができ、エミッションの悪化を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（第１実施形態）
以下、図面を参照にして本発明の第１実施形態を説明する。
【００１３】
図１は、エンジン１の空燃比を制御する空燃比制御装置１００の基本構成を示す図である。
【００１４】
空燃比制御装置１００は、エンジン１と、吸気をエンジン１に流す吸気系２０と、排気を外部に流す排気系３０とを備える。
【００１５】
エンジン１はシリンダヘッド１０を備え、このシリンダヘッド１０に外部から取り込んだ吸気を流す吸気ポート１２と、エンジン１からの排気を流す排気ポート１３とを形成する。また、シリンダヘッド１０は、図示しないピストンとシリンダ壁とによって、燃料を燃焼させる燃焼室１１を形成する。そして、このシリンダヘッド１０には、燃料噴射弁１４と点火プラグ１５とが設置される。
【００１６】
燃料噴射弁１４は、吸気ポート１２内に噴射口が突出するように設置される。この燃料噴射弁１４は、車両の運転状態に応じて燃料を吸気ポート内に噴射する。
【００１７】
点火プラグ１５は、燃焼室１１の天井面側のシリンダヘッド１０に、燃焼室内に点火部が突出するように設置される。この点火プラグ１５は、所定のタイミングで火花放電して、燃焼室内の混合気を燃焼させる。
【００１８】
上記したシリンダヘッド１０の吸気ポート１２には、外部から吸気を取り込む吸気系２０の吸気通路２１が接続する。この吸気通路２１は、上流から順にエアフローメータ２２、スロットルチャンバ２３、吸気コレクタ２５を有する。
【００１９】
エアフローメータ２２は、吸気通路２１の上流側に設置される。エアフローメータ２２は、外部から取り込まれる新気の吸気量を検出する。
【００２０】
スロットルチャンバ２３は、エアフローメータ２２よりも下流側の吸気通路２１に設けられる。このスロットルチャンバ２３には、吸気量を制御するためのスロットルバルブ２４が設置される。
【００２１】
吸気コレクタ２５は、スロットルチャンバ２３よりも下流側の吸気通路２１に設置される。この吸気コレクタ２５は、上流から流れてきた吸気を一時的に蓄える。
【００２２】
一方、シリンダヘッド１０の排気ポート１３には、エンジン１から排出される排気を流す排気系３０のメイン通路３２が接続する。排気系３０は、メイン通路３２の途中にバイパス通路３１を形成する。
【００２３】
バイパス通路３１は、メイン通路３２よりも小径の通路であって、メイン通路３２の上流側の分岐部３３で分岐して下流側の集合部３４で再びメイン通路３２に集合する。このバイパス通路３１は、バイパス触媒３５及び空燃比センサ（以下「第１空燃比センサ」という。）３６を備える。
【００２４】
バイパス触媒３５は、早期に活性するようにエンジン１に近いバイパス通路３１の上流側に設置される。バイパス触媒３５は、後述する床下触媒３８よりも容量が小さい触媒であって、低温活性に優れた触媒等を用いる。
【００２５】
第１空燃比センサ３６は、バイパス触媒３５よりも上流側のバイパス通路３１に設置される。この第１空燃比センサ３６は、バイパス通路３１の内部を流れる排気中の酸素濃度を検出する。第１空燃比センサ３６のセンサ素子は、図示しないヒータ（加熱手段）によって加熱され、作動温度領域に維持される。
【００２６】
メイン通路３２は、切換バルブ３７、床下触媒３８及び空燃比センサ（以下「第２空燃比センサ」という。）３９を備える。このメイン通路３２は、バイパス通路３１よりも大径の通路であるため、バイパス通路３１よりも排気の流れを阻害する通路抵抗が小さい。
【００２７】
切換バルブ３７は、メイン通路３２の分岐部３３と集合部３４との間に設置される。切換バルブ３７は、後述する床下触媒温度に応じてメイン通路３２を開閉し、エンジン１から排出される排気が流れる通路を切り換える。
【００２８】
床下触媒３８は、集合部３４よりも下流側のメイン通路３２に設置される。床下触媒３８は、バイパス触媒３５よりも容量が大きい三元触媒であって、メイン通路３２を流れる排気を浄化する。また、この床下触媒３８には、触媒温度を検出する触媒温度センサ３８ａが設置される。
【００２９】
第２空燃比センサ３９は、集合部３４と床下触媒３８との間のメイン通路３２に設置される。第２空燃比センサ３９は、バイパス通路３１に設置される第１空燃比センサ３６と同様に、メイン通路３２を流れる排気中の酸素濃度を検知する。この第２空燃比センサ３９のセンサ素子は、図示しないヒータ（加熱手段）によって加熱され、作動温度領域に維持される。
【００３０】
コントローラ４０は、切換バルブ３７を制御したり、エンジン１の空燃比を制御したりするために設けられる。コントローラ４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びＩ／Ｏインタフェースを備える。そして、このコントローラ４０には、エアフローメータ２２、触媒温度センサ３８ａ、第１空燃比センサ３６及び第２空燃比センサ３９などの車両の運転状態を検出する各種センサの出力が入力する。
【００３１】
上記したコントローラ４０は、床下触媒３８の触媒温度に基づいて切換バルブ３７を開閉し、エンジン１から排出される排気が流れる通路を切り換える。また、コントローラ４０は、第１空燃比センサ３６及び第２空燃比センサ３９からの出力値に基づいて燃料噴射弁１４の燃料噴射量を補正し、エンジン１の空燃比を調整する。
【００３２】
このように構成されるエンジン１では、外部から取り込まれた吸気は、スロットルバルブ２４でその流量が調整され、吸気コレクタ２５に流れ込む。この吸気は、燃料噴射弁１４から噴射された燃料と混合されて混合気となり、図示しない吸気バルブの開弁に伴って燃焼室１１に導入される。導入された混合気は、点火プラグ１５によって点火されて燃焼室１１で燃焼し、燃焼により生じた燃焼ガスは排気としてシリンダヘッド１０に形成された排気ポート１３に排出される。
【００３３】
ここで、本発明の理解を容易にするため、切換バルブ３７の開閉時における従来手法での空燃比制御について図２〜図４を参照して説明する。
【００３４】
図２は、エンジン１から排気ポート１３に排出された排気の流れを示す概略図である。図２（Ａ）は切換バルブ３７がメイン通路３２を全閉している場合を示し、図２（Ｂ）は切換バルブ３７がメイン通路３２を全開している場合を示す。なお、排気流れを図中の矢印で示し、排気の流量をその線の太さで示す。
【００３５】
エンジン始動直後などエンジン温度や排気温度が低く、床下触媒３８が活性していない場合には、図２（Ａ）に示すように切換バルブ３７はメイン通路３２を閉じている。そのため、エンジン１から排出された排気は、その全量が分岐部３３からバイパス通路３１を通り、バイパス触媒３５で浄化される。バイパス触媒３５は、エンジン１に近い位置に設置されており、速やかに活性化するので、早期に排気を浄化することができる。そして、バイパス触媒３５で浄化された排気は、バイパス通路３１の下流へ流れ、集合部３４からメイン通路３２に流れ込んで外部に放出される。
【００３６】
このように切換バルブ３７が全閉状態にある場合には、排気はバイパス通路３１を流れるので、バイパス通路３１に設置された第１空燃比センサ３６がバイパス通路３１を流れる排気の酸素濃度を検出する。そして、コントローラ４０は、第１空燃比センサ３６の検出値に基づいて燃料噴射量を補正し、エンジン１の空燃比を調整する。
【００３７】
一方、床下触媒３８がエンジン１からの排気によって昇温され活性した場合には、図２（Ｂ）に示すように、切換バルブ３７はメイン通路３２を開く。切換バルブ３７が全開すると、エンジン１から排出された排気のほとんどはメイン通路３２を流れる。排気の一部はバイパス通路３１にも流れ込むが、バイパス通路３１はメイン通路３２よりも通路断面積が小さいので、バイパス通路３１を流れる排気の排気流量はメイン通路３２よりも少なくなる。そして、メイン通路３２とバイパス通路３１とを流れた排気は、床下触媒３８で浄化されて外部に放出される。
【００３８】
このように切換バルブ３７が全開状態にある場合には、メイン通路３２を流れる排気の排気流量がバイパス通路３１よりも大きくなるため、バイパス通路３１に設置された第１空燃比センサ３６からメイン通路３２に設置された第２空燃比センサ３９に切り換えることで排気中の酸素濃度を精度よく検出する。そして、コントローラ４０は、第２空燃比センサ３９の検出値に基づいて燃料噴射量を補正し、エンジン１の空燃比を調整する。
【００３９】
ところで、切換バルブ３７がメイン通路３２を閉じている場合には、切換バルブ３７の近傍のメイン通路内にエンジン１からの排気（滞留ガス）が滞留する。この滞留ガスは、切換バルブ３７などを介して放熱するので、エンジン１からの排出直後の排気と比較して低温となる。このように滞留ガスが切換バルブ３７で冷却されると、滞留ガス中の水分が凝縮して切換バルブ３７に付着する。この水分は切換バルブ３７が開いたときに下流に流され、活性温度まで昇温している第２空燃比センサ３９に付着する。そうすると、第２空燃比センサ３９が急激に冷却されて第２空燃比センサ３９のセンサ素子が割れてしまい、第２空燃比センサ３９に基づいてエンジン１の空燃比を制御することができなくなる。そのため、上記した水分が第２空燃比センサ３９を通過するまので間は第１空燃比センサ３６の検出値に基づいて空燃比を制御し、水分通過後に第２空燃比センサ３９を活性温度まで昇温して第２空燃比センサ３９の検出値に基づいて空燃比を制御することで、第２空燃比センサ３９のセンサ素子割れを防止することが考えられる。
【００４０】
しかしながら、切換バルブ３７を全開すると、エンジン１からの排気のほとんどはメイン通路３２を流れ、バイパス通路３１に流れ込む排気の排気流量は低下する。
【００４１】
図３は、切換バルブ全開時において、エンジン１から排出された直後の排気の排気流量Ｑと、バイパス通路３１に流れ込む排気の排気流量ｑとの関係を示す図である。図３に示すように、エンジン１から排出された直後の排気の排気流量Ｑが増加するとバイパス通路内の排気流量ｑも増加するが、バイパス通路３１はメイン通路３２よりも通路断面積が小さいので、バイパス通路３１を流れる排気の排気流量ｑは排気流量Ｑよりも小さくなる。そして、エンジン１からの排気流量ＱがＱ0より小さくなって、バイパス通路内の排気流量ｑが所定値ｑ0（以下「応答性低下限界値ｑ0」という。）よりも小さくなると、第１空燃比センサ３６の応答性が低下してしまう。
【００４２】
図４は、切換バルブ３７が開いた後に、応答性が悪化した第１空燃比センサ３６でエンジン１の空燃比を制御したときのタイムチャートである。図４（Ａ）はバイパス通路内の実際の空燃比を示し、図４（Ｂ）は第１空燃比センサの検出値に基づいて算出された空燃比算出値を示す。図４（Ｃ）は燃料噴射量の補正値を示す。
【００４３】
第１空燃比センサ３６の応答性は低下しているので、図４（Ａ）に示すように時刻ｔ1でバイパス通路内の実空燃比がリッチに変化し始めても、第１空燃比センサ３６の検出値に基づいて算出される空燃比は、図４（Ｂ）に示すように時刻ｔ2からリッチに変化し始める。空燃比算出値がリッチ側に変化すると、図４（Ｃ）に示すように、時刻ｔ2から燃料噴射量をストイキ時よりも減少させるように補正値を設定する。
【００４４】
この燃料噴射量の減少補正により、実空燃比は時刻ｔ3でストイキとなるが、空燃比算出値は第１空燃比センサ３６の応答遅れによって時刻ｔ4でストイキとなる。そのため、図４（Ｃ）に示すように時刻ｔ3から時刻ｔ4の間においても、燃料噴射量を減少させるように補正してしまい、図４（Ａ）の破線領域に示すように実空燃比はリーン側に大きく変動してしまう。
【００４５】
上記のように、従来手法においては、切換バルブ３７が開いた後、水分が第２空燃比センサ３９を通過するまでの間に、応答性が低下した第１空燃比センサ３６の検出値に基づいてエンジン１の空燃比を制御すると、エンジン１の空燃比の変動が大きくなってしまい、エミッションが悪化するという問題がある。
【００４６】
そこで、本実施形態では、切換バルブ３７が開いて水分が第２空燃比センサ３９を通過するまでの間において、第１空燃比センサの応答性が低下した場合には、エンジン１から排出された排気流量Ｑに基づいて燃料噴射量の補正量（制御ゲイン）が低下するように補正値を設定することで、エンジン１の空燃比の変動を抑えてエミッションの悪化を抑制する。ここで、空燃比変動を抑えてエミッションの悪化を抑制する本実施形態の空燃比制御の制御内容について、図５を参照して説明する。図５は、コントローラ４０が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。この制御は、エンジン１の運転開始ともに一定周期（例えば１０ミリ秒周期）で実施される。
【００４７】
ステップＳ１０１では、コントローラ４０は、切換バルブ３７がメイン通路３２を閉じているか否かを判定する。ここで、切換バルブ３７がメイン通路３２を閉じている場合にはステップＳ１０２に移り、切換バルブ３７がメイン通路３２を開いている場合にはステップＳ１０７に移る。
【００４８】
ステップＳ１０２では、コントローラ４０は、第１空燃比センサ３６のセンサ素子を加熱するヒータに電圧を印加し、ステップＳ１０３に移る。第１空燃比センサ３６のセンサ素子はヒータによって活性温度まで昇温され、センサ素子温度は作動温度領域内に維持される。
【００４９】
ステップＳ１０３では、コントローラ４０は、第１空燃比センサ３６が活性しているか否かを判定する。
【００５０】
この活性判定は、例えば第１空燃比センサ３６のセンサ素子温度に基づいて実行する。そして、第１空燃比センサ３６が活性していると判定された場合にはステップＳ１０４に移り、第１空燃比センサ３６が活性していないと判定された場合には一旦処理を抜ける。
【００５１】
ステップＳ１０４では、コントローラ４０は、バイパス通路３１に設置された第１空燃比センサ３６の検出値に基づいてエンジン１の空燃比を制御する。切換バルブ３７が閉弁している場合には、エンジン１からの排気はバイパス通路３１を流れるので、第１空燃比センサ３６によってバイパス通路３１を流れる排気の酸素濃度を検出し、この検出値に基づいて燃料噴射弁１４の燃料噴射量を補正してエンジン１の空燃比を制御する。つまり、エンジン１の空燃比がリーンである場合にはストイキ時よりも燃料噴射量を増加補正し、リッチである場合にはストイキ時よりも燃料噴射量を低減補正する。
【００５２】
ステップＳ１０５では、コントローラ４０は、床下触媒３８が活性しているか否かを、触媒温度センサ３８ａで検出した触媒温度に基づいて判定する。バイパス通路３１を流れた排気は、バイパス触媒３５で浄化されて、集合部３４からメイン通路３２に流れ込む。メイン通路３２に流れ込んだ排気は、メイン通路３２の下流に設置された床下触媒３８を通過するので、床下触媒３８は触媒活性温度まで徐々に昇温される。ここで、床下触媒３８の温度が活性温度に達していると判定された場合にはステップＳ１０６に移り、床下触媒３８の温度が活性温度にまで達していないと判定された場合には一旦処理を抜ける。
【００５３】
ステップＳ１０６では、コントローラ４０は、メイン通路３２を開くように切換バルブ３７を制御し、エンジン１からの排気が流れる通路を切り換えてステップＳ１０７に移る。これにより、エンジン１からの排気のほとんどはメイン通路３２を流れ、その排気はバイパス触媒３５よりも容量の大きい床下触媒３８によって浄化される。
【００５４】
ステップＳ１０７では、コントローラ４０は切換バルブ開時空燃比制御処理を実行して処理を終了する。この切換バルブ開時空燃比制御処理の詳細については、図６を参照して説明する。
【００５５】
図６は、コントローラ４０が実行する切換バルブ開時空燃比制御処理を示フローチャートである。
【００５６】
ステップＳ１７１では、コントローラ４０は、切換バルブ３７がメイン通路３２を開いてから所定時間経過したか否かを判定する。所定時間経過していないと判定された場合には、滞留ガスの水分がまだ第２空燃比センサ３９の上流に残留しているので、バイパス通路３１に配置された第１空燃比センサ３６の検出値に基づいてエンジン１の空燃比を制御すべくステップＳ１７２に移る。これに対して、所定時間経過したと判定された場合には、水分が第２空燃比センサ３９を通過しているので、第２空燃比センサ３９の検出値に基づいてエンジン１の空燃比を制御すべくステップＳ１７６に移る。
【００５７】
ステップＳ１７２では、コントローラ４０は、エンジン１からメイン通路３２に排出される排気の排気流量Ｑを算出してステップＳ１７３に移る。この排気流量Ｑは、エンジン１の回転速度や負荷に基づいて算出することができる。なお、エンジン１に近いメイン通路３２に排気圧力センサを設け、検出された排気圧力に基づいて排気流量Ｑを算出するようにしてもよい。
【００５８】
ステップＳ１７３では、コントローラ４０は、算出された排気流量Ｑが所定値Ｑ0よりも大きいか否かを判定する。排気流量Ｑ＞所定値Ｑ0の場合には、バイパス通路３１を流れる排気の排気流量ｑが応答性低下限界値ｑ0よりも大きくなるので、第１空燃比センサ３６の応答性は悪化していないと判断してステップＳ１７４に移る。これに対して、排気流量Ｑ＜所定値Ｑ0の場合には、バイパス通路３１を流れる排気の排気流量ｑが応答性低下限界値ｑ0より小さくなって、第１空燃比センサ３６の応答性が悪化していると判断し（図３参照）、ステップＳ１７５に移る。
【００５９】
ステップＳ１７４では、コントローラ４０は、第１空燃比センサ３６の検出値に基づいて、燃料噴射量を補正値（以下「通常応答時補正値」という。）で補正し、エンジン１の空燃比を制御する。ステップＳ１０４の場合と同様に、エンジン１の空燃比がリーンである場合にはストイキ時よりも燃料噴射量を増加補正し、リッチである場合にはストイキ時よりも燃料噴射量を低減補正する。
【００６０】
ステップＳ１７５では、コントローラ４０は、第１空燃比センサ３６の検出値に基づいて、通常応答時補正値よりも燃料噴射量の補正量が小さい補正値（以下「低応答時補正値」という。）で燃料噴射量を補正し、エンジン１の空燃比がストイキとなるように制御する。このように、第１空燃比センサ３６の応答性が低下している場合には、通常応答時よりも燃料噴射量の補正量（制御ゲイン）が低下するように補正値を設定する。
【００６１】
ステップＳ１７６では、コントローラ４０は、第２空燃比センサ３９のセンサ素子を加熱するヒータに電圧を印加し、ステップＳ１７７に移る。第２空燃比センサ３９のセンサ素子はヒータによって活性温度まで昇温され、センサ素子温度は作動温度領域内に維持される。
【００６２】
ステップＳ１７７では、コントローラ４０は、第２空燃比センサ３９が活性したか否かを判定する。この活性判定は、例えば第２空燃比センサ３９のセンサ素子温度に基づいて実行する。そして、第２空燃比センサ３９が活性していると判定された場合にはステップＳ１７８に移り、第２空燃比センサ３９が活性していないと判定された場合には一旦処理を抜ける。
【００６３】
ステップＳ１７８では、コントローラ４０は、第２空燃比センサ３９の検出値に基づいて、通常応答時補正値で燃料噴射量を補正し、エンジン１の空燃比がストイキになるように制御してステップＳ１７９に移る。
【００６４】
ステップＳ１７９では、コントローラ４０は、第１空燃比センサ３６を加熱するヒータへの電圧の印加を停止して、処理を終了する。
【００６５】
図７は、第１空燃比センサ３６の応答性が低下したときに、低応答時補正値で燃料噴射量を補正した場合のバイパス通路内の空燃比を示す図である。実線は、低応答時補正値で燃料噴射量を補正した場合を示す。破線は、通常応答時補正値で燃料噴射量を補正した場合を示し、図４と同様のものである。
【００６６】
第１空燃比センサ３６の応答性は低下しているので、図７の実線Ａに示すように時刻ｔ1でバイパス通路内の実空燃比がリッチに変化し始めると、第１空燃比センサ３６の検出値から算出される空燃比算出値は実線Ｃのように時刻ｔ2からリッチに変化し始める。空燃比算出値はリッチ側に変化しているので、実線Ｅに示すように時刻ｔ2から燃料噴射量をストイキ時よりも減少させるように補正する。ここで第１空燃比センサ３６の応答性は低下しているので、通常応答時補正値（破線Ｆ）よりも燃料噴射量の補正量が小さい低応答時補正値（実線Ｅ）によって燃料噴射量を補正する。
【００６７】
このように低応答時補正値によって燃料噴射量を補正すると、実空燃比は実線Ａのように時刻ｔ5でストイキとなるが、空燃比算出値は実線Ｃのように第１空燃比センサの応答遅れによって時刻ｔ6でストイキとなる。そのため、実線Ｅのように時刻ｔ5から時刻ｔ6の間においても燃料噴射量を減少させるように補正してしまうが、本実施形態では通常応答時補正値（破線Ｆ）よりも燃料噴射量の補正量が小さい低応答時補正値（実線Ｅ）によって燃料噴射量を補正しているので、実空燃比は実線Ａのように時刻ｔ5以降においてリーン側に変動してしまうものの、破線Ｂで示す通常応答時補正値で燃料噴射量を補正する実空燃比よりもリーン側への変動量は小さくなる。
【００６８】
以上により、第１実施形態の空燃比制御装置では、下記の効果を得ることができる。
【００６９】
切換バルブ３７が開いて、第１空燃比センサ３６から第２空燃比センサ３９に切り換えてエンジン１の空燃比を制御するまでの間において、第１空燃比センサ３６の応答性が低下しているときは（ステップＳ１７３でＹｅｓ）、通常応答時補正値よりも燃料噴射量の補正量（制御ゲイン）が小さい低応答時補正値によって燃料噴射量を補正する（ステップＳ１７５）。そのため、第１空燃比センサ３６の応答性が低下している場合であっても、エンジン１の空燃比の変動が小さくなって、エミッションの悪化を抑制することが可能となる。
【００７０】
また、切換バルブ３７が開いてから所定時間が経過した後に（ステップＳ１７１でＹｅｓ）、第２空燃比センサ３９のセンサ素子を活性温度まで加熱させて（ステップＳ１７６）、第１空燃比センサ３６から第２空燃比センサ３９に切り換えてエンジン１の空燃比を制御する（ステップＳ１７８）。そのため、水分が第２空燃比センサ３９を急激に冷却することを抑制でき、第２空燃比センサ３９のセンサ素子割れを抑制することが可能となる。
【００７１】
（第２実施形態）
以下、第２実施形態について図８〜図１０を参照して説明する。
【００７２】
第２実施形態の空燃比制御装置１００の構成は、第１実施形態と基本構成はほぼ同様であるが、切換バルブ３７の動作において一部相違する。つまり、エンジン１から排出される排気の排気流量Ｑに基づいて切換バルブ３７の開度を制御するようにしたもので、以下にその相違点を中心に説明する。
【００７３】
第１実施形態においても説明したように、切換バルブ３７がメイン通路３２を開いて、バイパス通路３１に流れ込む排気の排気流量ｑが応答性低下限界値ｑ0より小さくなると、第１空燃比センサ３６の応答性が悪化する。第１実施形態では、第１空燃比センサ３６の応答性が低下しても、エミッションが悪化しないように低応答時補正値によって燃料噴射量を補正する。これに対して、第２実施形態では、切換バルブ３７の開度を制御してバイパス通路３１を流れる排気の流量を調整することで、第１空燃比センサ３６の応答性が低下するのを防止して、エミッションの悪化を抑制する。
【００７４】
ここで、コントローラ４０が実行するエンジン１の空燃比制御の制御内容について、図８を参照して説明する。
【００７５】
図８は、コントローラ４０が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。この制御は、エンジン１の運転開始ともに一定周期（例えば１０ミリ秒周期）で実施される。なお、ステップＳ２０１〜Ｓ２０６の制御は、第１実施形態のステップＳ１０１〜Ｓ１０６の制御と同様であるため説明を省略する。
【００７６】
ステップＳ２０５において床下触媒３８が活性温度に達していると判定されると（ステップＳ２０５でＹｅｓ）、ステップＳ２０６で切換バルブ３７がメイン通路３２を開くように制御される。そして、ステップＳ２０７において、コントローラ４０は、切換バルブ開度制御処理を実行して処理を終了する。
【００７７】
この切換バルブ開度制御処理について、図９を参照して説明する。図９は、コントローラ４０が実行する切換バルブ開度制御処理を示すフローチャートである。
【００７８】
ステップＳ２７１では、コントローラ４０は、切換バルブ３７がメイン通路３２を開いてから所定時間経過したか否かを判定する。所定時間経過していないと判定された場合には、滞留ガスの水分がまだ第２空燃比センサ３９の上流に残留しているので、バイパス通路３１に配置された第１空燃比センサ３６の検出値に基づいてエンジン１の空燃比を制御すべくステップＳ２７２に移る。これに対して、所定時間経過したと判定された場合には、水分が第２空燃比センサ３９を通過しているので、第２空燃比センサ３９の検出値に基づいてエンジン１の空燃比を制御すべくステップＳ２７６に移る。
【００７９】
ステップＳ２７２では、コントローラ４０は、エンジン１から排出される排気の排気流量判定を実行する。つまり、排気流量Ｑに基づいて切換バルブ３７の開度を決定するために、エンジン１の回転速度と負荷とから算出される排気流量Ｑが（１）式〜（３）式のいずれを満たすかを判定する。
【００８０】
【数１】
0004905291.tif 000002
【００８１】
【数２】
0004905291.tif 000003
【００８２】
【数３】
0004905291.tif 000004
【００８３】
そして、排気流量Ｑが（１）式を満たす場合にはステップ２７３に移り、排気流量Ｑが（２）式を満たす場合にはステップＳ２７４に移る。そして、排気流量Ｑが（３）式を満たす場合にはステップＳ２７５に移る。
【００８４】
ステップＳ２７３では、コントローラ４０は、切換バルブ開度が１００％（全開状態）になるように切換バルブ３７を制御し、第１空燃比センサ３６の検出値に基づいて燃料噴射量を通常応答時補正値で補正して空燃比を調整する。排気流量Ｑ＞Ｑ0の場合には、切換バルブ３７を全開しても、バイパス流路内を流れる排気流量ｑが応答性低下限界値ｑ0よりも大きくなるので、第１空燃比センサ３６の応答性は低下しない。
【００８５】
ステップＳ２７４では、コントローラ４０は、切換バルブ開度が５０％になるように切換バルブ３７を制御し、第１空燃比センサ３６の検出値に基づいて燃料噴射量を通常応答時補正値で補正して空燃比を調整する。排気流量Ｑ1＜Ｑ＜Ｑ0の場合には、切換バルブ３７を全開にすると、バイパス流路内の排気流量ｑが応答性低下限界値ｑ0より小さくなって第１空燃比センサ３６の応答性が低下してしまう。そのため、切換バルブ開度が５０％になるように切換バルブ３７を制御し、排気がバイパス通路３１に流れ込みやすくなるようにする。
【００８６】
ステップＳ２７５では、コントローラ４０は、切換バルブ開度が２５％になるように切換バルブ３７を制御し、第１空燃比センサ３６の検出値に基づいて燃料噴射量を通常応答時補正値で補正して空燃比を調整する。排気流量Ｑ＜Ｑ1の場合には、切換バルブ開度を５０％にしていても、バイパス流路内の排気流量ｑが応答性低下限界値ｑ0より小さくなって第１空燃比センサ３６の応答性が低下してしまう。そのため、切換バルブ開度が２５％になるように切換バルブ３７を制御し、切換バルブ開度５０％時よりも排気がバイパス通路３１に流れ込みやすくなるようにする。
【００８７】
なお、ステップＳ２７４、Ｓ２７５で示した切換バルブ開度の数値は一例であり、必要に応じて任意に設定すればよい。
【００８８】
そして、ステップＳ２７１で切換バルブ３７が開いてから所定時間経過したと判定された場合には、ステップＳ２７６において、コントローラ４０は、切換バルブ開度を１００％（全開状態）に設定してステップＳ２７７に移る。ステップＳ２７７〜Ｓ２８０の制御は、第１実施形態のステップＳ１７６〜Ｓ１７９の制御と同様であるため説明を省略する。
【００８９】
上記した切換バルブ開度制御処理の作用について、図１０を参照して説明する。図１０は、エンジン１から排出される排気流量Ｑとバイパス通路内の排気流量ｑとの関係を示す図である。
【００９０】
エンジン１が高回転速度、高負荷などで運転しており、排気流量Ｑ＞Ｑ0の場合には、図１０の実線Ａに示すように、切換バルブ開度を１００％（全開状態）にしても、バイパス流路内を流れる排気流量ｑは応答性低下限界値ｑ0よりも大きくなる。そのため、第１空燃比センサ３６の応答性は低下しないので、第１空燃比センサ３６の検出値に基づいて、燃料噴射量を通常応答時補正値で補正しても、エンジン１の空燃比の変動が大きくなることはない。
【００９１】
また、エンジン１が中回転速度、中負荷などで運転しており、排気流量Ｑ1＜Ｑ＜Ｑ0の場合には、切換バルブ３７を全開にすると、実線Ａのようにバイパス流路内の排気流量ｑが応答性低下限界値ｑ0より小さくなってしまう。そこで、排気流量Ｑ1＜Ｑ＜Ｑ0の場合には、切換バルブ開度が５０％になるように切換バルブ３７を制御する。そうすると、排気がバイパス通路３１に流れ込みやすくなり、実線Ｂに示すようにバイパス通路内の排気流量ｑが応答性低下限界値ｑ0よりも大きくなるので、第１空燃比センサ３６の応答性の悪化が抑制される。
【００９２】
そして、エンジン１がアイドル運転状態などにあって、排気流量Ｑ＜Ｑ1の場合には、切換バルブ開度を５０％にしていても、実線Ｂに示すようにバイパス流路内の排気流量ｑが応答性低下限界値ｑ0より小さくなってしまう。そこで、排気流量Ｑ＜Ｑ1の場合には、切換バルブ開度が２５％になるように切換バルブ３７を制御する。そうすると、切換バルブ開度５０％時よりも排気がバイパス通路３１に流れ込みやすくなり、実線Ｃに示すようにバイパス通路内の排気流量ｑを応答性低下限界値ｑ0より大きくなるので、第１空燃比センサ３６の応答性の悪化が抑制される。なお、エンジン１からの排気流量が最も少なくなるアイドル運転時においても、排気流量ＱがＱ2より小さくなることはなく、バイパス通路内の排気流量ｑが応答性低下限界値ｑ0より小さくなることはない。
【００９３】
以上により、第２実施形態の空燃比制御装置では、下記の効果を得ることができる。
【００９４】
切換バルブ３７が開いて、第１空燃比センサ３６から第２空燃比センサ３９に切り換えてエンジン１の空燃比を制御するまでの間は、排気流量Ｑに基づいて切換バルブ開度を制御する。そのため、バイパス通路３１に流れ込む排気の排気流量ｑを応答性低下限界値ｑ0よりも大きく維持することができ、第１空燃比センサの応答性の低下が抑制される。これにより、エンジン１の空燃比の変動を小さくでき、エミッションの悪化を抑制することが可能となる。
【００９５】
また、排気流量Ｑが大きくなると切換バルブ３７を開くように制御するので、排気流量Ｑの増加によってメイン通路内の排圧が高くなりすぎることがなく、排圧の増加による吸気充填効率の低下を抑制することができる。
【００９６】
さらに、切換バルブ３７が開いてから所定時間が経過した後に、第１空燃比センサ３６から第２空燃比センサ３９に切り換えてエンジン１の空燃比を制御するので、第１実施形態と同様に第２空燃比センサ３９のセンサ素子割れを抑制できる。
【００９７】
本発明は上記した実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなし得ることは明白である。
【００９８】
例えば、第１実施形態では、燃料噴射量を補正することでエンジン１の空燃比を制御するようにしたが、これに限られるものではなく、吸気量を補正して空燃比を制御するようにしてもよい。したがって、切換バルブ３７が開いて、第１空燃比センサ３６の応答性が悪化した場合には、通常応答時よりも吸気量の補正量（制御ゲイン）が小さくなる低応答時補正値で吸気量を補正する。このように第１空燃比センサ３６の応答性の低下時に、エンジン１の空燃比を制御する制御要素（燃料噴射量や吸気量など）の制御ゲイン（補正量）を通常応答時よりも低下させることで、エミッションの悪化を抑制することができる。
【００９９】
また、第１実施形態では排気流量ＱがＱ0よりも小さい場合に、通常応答時補正値よりも燃料噴射量の補正量（制御ゲイン）が小さくなる低応答時補正値で燃料噴射量を補正するようにしたが、排気流量Ｑに応じて燃料噴射量の補正量（制御ゲイン）が変化するように補正値を設定してもよい。このようにすれば、エンジン１の空燃比の変動をより小さくでき、エミッションの悪化をさらに抑制することができる。
【０１００】
第２実施形態では、（１）式〜（３）式に基づいて切換バルブ開度を設定するようにしたが、これに限られるものではなく、排気流量Ｑに応じて切換バルブ開度を連続的に変化させて第１空燃比センサ３６の応答性の低下を防止し、エミッションの悪化を抑制するようにしてもよい。
【０１０１】
また、第２実施形態では、エンジン１からの排気流量が最も少なくなるアイドル運転時にのみ切換バルブ開度を低下させて、第１空燃比センサ３６の応答性の低下を防止し、エミッションの悪化を抑制するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】第１実施形態のエンジンの基本構成を示す図である。
【図２】エンジンから排出される排気の流れを示す概略図である。
【図３】エンジンから排出される排気の排気流量とバイパス通路に流れ込む排気の排気流量との関係を示す図である。
【図４】応答性が低下した第１空燃比センサでエンジンの空燃比を制御したときのタイムチャートである。
【図５】コントローラが実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】切換バルブ開時空燃比制御処理を示フローチャートである。
【図７】低応答時補正値で燃料噴射量を補正した場合のバイパス通路内の空燃比を示す図である。
【図８】コントローラが実行する制御ルーチンを示すフローチャートである
【図９】切換バルブ開度制御処理を示すフローチャートである。
【図１０】エンジンから排出される排気の排気流量とバイパス通路内の排気流量との関係を示す図である。
【符号の説明】
【０１０３】
１００  空燃比制御装置
１  エンジン
１３  排気ポート
３１  バイパス通路
３２  メイン通路（排気通路）
３３  分岐部
３４  集合部
３５  バイパス触媒
３６  第１空燃比センサ
３７  切換バルブ（弁機構）
３８  床下触媒
３９  第２空燃比センサ
４０  コントローラ
ステップＳ１０４、Ｓ２０４  閉弁時空燃比制御手段
ステップＳ１７８、Ｓ２７９  開弁時空燃比制御手段
ステップＳ１７４、Ｓ１７５  制御ゲイン設定手段、切換時空燃比制御手段
ステップＳ２７３〜Ｓ２７５  開度設定手段、切換時空燃比制御手段
【図１】
0004905291.tif 000005
【図２】
0004905291.tif 000006
【図３】
0004905291.tif 000007
【図４】
0004905291.tif 000008
【図５】
0004905291.tif 000009
【図６】
0004905291.tif 000010
【図７】
0004905291.tif 000011
【図８】
0004905291.tif 000012
【図９】
0004905291.tif 000013
【図１０】
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