(57)【要約】【課題】排気センサの被毒回復中に空燃比が過剰にリッチ側またはリーン側に設定されてしまうことを防止することできる排気センサの被毒回復装置を提供すること。【解決手段】排気センサ３８により検出された実空燃比を目標空燃比に近づけるように空燃比制御する通常モードと、排気センサ３８に付着した被毒物質が放出される際の空燃比を被毒回復時の目標空燃比にするとともに、エンジン１の運転状態に基づいて実空燃比を演算し、当該実空燃比を被毒回復時の目標空燃比に近づけるように空燃比制御する被毒回復モードとを実施する排気センサの被毒回復装置において、通常モード中に、検出される実空燃比と演算により求められた実空燃比との乖離量に基づいて、燃料供給弁３７により供給される燃料供給量のばらつき量を算出してエンジン１の運転状態に応じた学習値として記憶し、被毒回復モード中に、演算により求められた実空燃比を学習値に基づいて補正する。【選択図】図１
2009150311.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射手段と、前記内燃機関から排気ガスが排出される排気系に設けられ、前記排気系に燃料を供給することにより、前記排気ガスに燃料を混合する燃料供給手段と、前記排気系に設けられ、前記燃料供給手段により供給された燃料を燃焼させる燃焼手段と、前記燃焼手段により燃料が燃焼された後の排気ガスの実空燃比を検出する排気センサとを備えた内燃機関に設けられ、
前記排気センサにより検出された実空燃比を目標空燃比に近づけるように前記燃料噴射手段による燃料噴射制御および前記燃料供給手段による燃料供給制御を実行する通常モードと、前記排気センサに付着した被毒物質が前記排気センサから放出される際の空燃比を被毒回復時の目標空燃比にするとともに、前記内燃機関の運転状態に基づいて実空燃比を演算し、当該実空燃比の演算結果を前記被毒回復時の目標空燃比に近づけるように前記燃料噴射制御および前記燃料供給制御を実行する被毒回復モードとを実施する排気センサの被毒回復装置において、
前記排気センサの被毒量を算出する被毒量算出手段と、
前記被毒量算出手段により算出された被毒量が、前記被毒回復モードに移行するための被毒量以上であるか否かを判定する被毒判定手段と、
前記通常モード中に、前記排気センサによって検出される実空燃比と前記内燃機関の運転状態に基づいて演算される実空燃比との乖離量に基づいて、前記燃料供給手段により供給される燃料供給量のばらつき量を算出し、前記ばらつき量を前記内燃機関の運転状態に応じた学習値として記憶する学習手段と、
前記被毒回復モード中に、前記運転状態に基づいて演算される実空燃比を前記学習値に基づいて補正し、前記被毒回復時の目標空燃比に近づけるように前記燃料噴射制御および前記燃料供給制御を実行する被毒回復手段とを備えたことを特徴とする排気センサの被毒回復装置。
【請求項２】
前記内燃機関から排気系に排出される排気ガスの一部を前記内燃機関の吸気系に還流させる排気還流手段を備え、
前記被毒回復モード中に、前記被毒回復手段が、前記運転状態に基づいて演算される実空燃比を前記学習値に基づいて補正し、前記被毒回復時の目標空燃比に近づけるように前記燃料噴射制御および前記燃料供給制御を実行するとともに、前記排気還流手段により前記内燃機関から排気系に排出される排気ガスの一部を前記内燃機関の吸気系に還流させるよう制御することを特徴とする請求項１に記載の排気センサの被毒回復装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気センサの被毒回復装置に関し、特に燃料およびオイルに含まれる被毒物質により被毒した排気センサの被毒回復を行う排気センサの被毒回復装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、内燃機関においては、排気系に設けられた排気センサにより排気ガス中の空燃比を検出し、検出した空燃比が目標空燃比に近づくようフィードバック制御して、内燃機関の燃料噴射制御を行うことにより浄化装置による排気ガスの浄化効率を高めるようになっている。
【０００３】
ところで、この内燃機関に供給される燃料には、硫黄や燐等の被毒物質が含まれており、理論空燃比よりもリーン側で燃料するディーゼル機関等においては、時間の経過とともに内燃機関の排気系に設けられた排気センサや浄化装置の触媒に被毒物質が付着して、浄化効率を低下させるという問題があった。
【０００４】
このように、触媒に付着した被毒を回復する被毒回復装置として、内燃機関の排気系に還元剤を供給することにより触媒の被毒回復するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
特許文献１に記載の触媒の被毒回復装置は、内燃機関の排気系の触媒の上流側に還元剤添加弁を設け、還元剤添加弁から還元剤として適量の燃料を排気系に供給するようになっている。触媒に付着した被毒物質は、排気ガスの酸素濃度が低下すると、還元されやすいという性質を有しているため、この触媒の被毒回復装置は、目標空燃比を通常よりもリッチ側に設定して還元剤添加弁から排気系に燃料を供給することにより、排気ガスの酸素濃度を低下させて触媒に付着した被毒物質の還元を促進し、触媒を被毒回復するようにしている。
【特許文献１】特開２００３−２９３７４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した触媒の被毒回復装置を用いて排気センサの被毒回復を行う場合、被毒回復中は、未還元の被毒物質により排気センサによる空燃比の検出精度が低下するため、排気センサの被毒回復中は、内燃機関の燃料噴射量や吸入空気量等から空燃比を演算し、演算により求められた空燃比に基づいて空燃比制御を行う必要があった。この場合、被毒回復中は目標空燃比が通常よりもリッチ側に設定されるため、演算により求められた空燃比に基づいて空燃比制御を行う場合には、空燃比の演算精度、エアフローメータの検出精度、燃料噴射量精度が高くなければ、空燃比が過剰にリッチ側またはリーン側に設定されてしまうおそれがあった。空燃比が過剰にリッチ側に設定されると、未燃焼ガスにより白煙が発生したり、浄化触媒が急激に温度上昇したりすることにより浄化効率が低下するという問題があった。また、空燃比が過剰にリーン側に設定されると、被毒回復が行われないという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたもので、排気センサの被毒回復中に空燃比が過剰にリッチ側またはリーン側に設定されてしまうことを防止することできる排気センサの被毒回復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】
【０００８】
本発明に係る排気センサの被毒回復装置は、上記目的を達成するため、（１）内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射手段と、前記内燃機関から排気ガスが排出される排気系に設けられ、前記排気系に燃料を供給することにより、前記排気ガスに燃料を混合する燃料供給手段と、前記排気系に設けられ、前記燃料供給手段により供給された燃料を燃焼させる燃焼手段と、前記燃焼手段により燃料が燃焼された後の排気ガスの実空燃比を検出する排気センサとを備えた内燃機関に設けられ、前記排気センサにより検出された実空燃比を目標空燃比に近づけるように前記燃料噴射手段による燃料噴射制御および前記燃料供給手段による燃料供給制御を実行する通常モードと、前記排気センサに付着した被毒物質が前記排気センサから放出される際の空燃比を被毒回復時の目標空燃比にするとともに、前記内燃機関の運転状態に基づいて実空燃比を演算し、当該実空燃比の演算結果を前記被毒回復時の目標空燃比に近づけるように前記燃料噴射制御および前記燃料供給制御を実行する被毒回復モードとを実施する排気センサの被毒回復装置において、前記排気センサの被毒量を算出する被毒量算出手段と、前記被毒量算出手段により算出された被毒量が、前記被毒回復モードに移行するための被毒量以上であるか否かを判定する被毒判定手段と、前記通常モード中に、前記排気センサによって検出される実空燃比と前記内燃機関の運転状態に基づいて演算される実空燃比との乖離量に基づいて、前記燃料供給手段により供給される燃料供給量のばらつき量を算出し、前記ばらつき量を前記内燃機関の運転状態に応じた学習値として記憶する学習手段と、前記被毒回復モード中に、前記運転状態に基づいて演算される実空燃比を前記学習値に基づいて補正し、前記被毒回復時の目標空燃比に近づけるように前記燃料噴射制御および前記燃料供給制御を実行する被毒回復手段とから構成されている。
【０００９】
この構成により、被毒回復モードにおいて、内燃機関の運転状態に基づいて演算により求められた実空燃比が学習値により補正され、排気センサにより検出された実空燃比と演算により求められた実空燃比との差を小さくすることができる。この結果、被毒回復中においても排気センサにより検出された実空燃比に近い値を演算により求めることができ、演算により求められた実空燃比が過剰にリッチまたはリーンになることを防止することができる。
また、実空燃比が過剰にリッチになることを防止することができるため、未燃焼ガスにより白煙が発生したり、内燃機関に常備されている浄化触媒が急激に温度上昇したりすることがなく、浄化効率の低下を防止することができる。
さらに、実空燃比が過剰にリーンになることを防止することができるため、被毒回復が行われないのを防止することができる。
【００１０】
また、本発明に係る排気センサの被毒回復装置は、上記（１）に記載の排気センサの被毒回復装置において、（２）前記内燃機関から排気系に排出される排気ガスの一部を前記内燃機関の吸気系に還流させる排気還流手段を備え、前記被毒回復モード中に、前記被毒回復手段が、前記運転状態に基づいて演算される実空燃比を前記学習値に基づいて補正し、前記被毒回復時の目標空燃比に近づけるように前記燃料噴射制御および前記燃料供給制御を実行するとともに、前記排気還流手段により前記内燃機関から排気系に排出される排気ガスの一部を前記内燃機関の吸気系に還流させるよう制御するものから構成されている。
【００１１】
この構成により、被毒回復モードにおいて、排気系に排出された排気ガスの一部を吸気系に還流させて、被毒回復時の目標空燃比に近づけることができるため、燃料噴射制御および燃料供給制御のみで被毒回復時の目標空燃比に近づける場合と比較して、早期に被毒回復時の目標空燃比に近づけることができる。また、早期に被毒回復時の目標空燃比に近づけることができるため、目標空燃比に近づけるのに必要な燃料供給量を低減させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、排気センサの被毒回復中に空燃比が過剰にリッチまたはリーンとなることを防止することができる排気センサの被毒回復装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
まず、構成について説明する。
【００１４】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る空燃比センサの被毒回復装置を適用したエンジンの概略構成図であり、本発明に係る空燃比センサの被毒回復装置をディーゼルエンジンに適用した例を示している。
【００１５】
ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）１は、各気筒７内の図示しない燃焼室に空気を吸入させる吸気装置１０と、燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射装置２０と、燃焼後の排気ガスを排気させる排気装置３０と、排気装置３０の排気エネルギを利用して吸気装置１０内の空気を燃焼室に過給するターボ過給機４０と、排気ガスの一部を吸気装置１０に還流させて再循環させるＥＧＲ装置（Exhaust Gas Recirculation）５０とを備えている。このエンジン１は、ＥＣＵ（Engine Control Unit）６０により駆動制御されている。
【００１６】
吸気装置１０は、空気取入口１１と、エアクリーナ１２と、吸気管１３と、吸気マニホールド１４とを有し、吸気管１３にはエアフローメータ１５と、インタークーラ１６と、スロットルバルブ１７とが設けられている。
【００１７】
空気取入口１１は、吸気装置１０の最上流の位置に設けられており、外部から空気を取り込み、エアクリーナ１２に送り込むようになっている。
エアクリーナ１２は、上流側が空気取入口１１に接続され、下流側が吸気管１３に接続されており、内部に設けたフィルタにより空気取入口１１に取り込まれた空気中に含まれる塵や埃等の異物の混入を防止し、空気を吸気管１３に送り込むようになっている。
【００１８】
吸気マニホールド１４は、上流側が吸気管１３に接続され、下流側が気筒数分の枝管に分岐してシリンダ５に接続され、吸気管１３から送り込まれた空気を分流して燃焼室に送り込むようになっている。
すなわち、空気取入口１１、エアクリーナ１２、吸気管１３および吸気マニホールド１４が接続されることにより、外部の空気を燃焼室に送り込むための吸気通路が構成されるようになっている。
【００１９】
エアフローメータ１５は、エアクリーナ１２の近傍の吸気管１３に設けられ、吸気通路内の吸入空気量を検出して電気信号に変換し、ＥＣＵ６０に出力するようになっている。
インタークーラ１６は、ターボ過給機４０の下流側の吸気管１３に設けられ、ターボ過給機４０により圧縮されて暖められた空気の温度を低下させるようになっている。
スロットルバルブ１７は、インタークーラ１６の下流側の吸気管１３に設けられ、図示しないアクセルペダルに接続され、アクセルペダルの踏込量に応じて開閉することにより、燃焼室内に送り込む吸入空気量を調整するようになっている。
【００２０】
燃料噴射装置２０は、サプライポンプ２１と、コモンレール２２と、燃料噴射手段としての複数の燃料噴射弁２３とを有している。
【００２１】
サプライポンプ２１は、エンジン１の動力を駆動源とし、図示しない燃料タンクから燃料を汲み上げて加圧し、コモンレール２２に燃料を供給するようになっている。
コモンレール２２は、複数の燃料噴射弁２３に接続されており、サプライポンプ２１から供給された燃料を、圧力を均等に保ちながら複数の燃料噴射弁２３に分配供給するようになっている。
【００２２】
複数の燃料噴射弁２３は、複数の気筒７に対応して設けられており、ＥＣＵ６０の指令により電磁駆動されるニードル弁で構成されている。
そして、図示しないピストンにより燃焼室内の空気が高温になるまで圧縮されると、ＥＣＵ６０から燃料噴射弁２３に噴射指令が出力され、燃料噴射弁２３が高温になった空気に燃料を噴射することにより、燃料に着火させて燃焼させるようになっている。
【００２３】
排気装置３０は、排気マニホールド３１と、排気管３２とを有し、排気マニホールド３１には燃料供給手段としての燃料供給弁３７が設けられ、排気管３２には排気後処理装置３３と、空燃比センサ３８とが設けられている。
【００２４】
排気マニホールド３１は、上流側が気筒７の数分の枝管に分岐してシリンダ５に接続され、下流側が各枝管を接合して１本の排気管３２に接続されており、各気筒７の燃焼室から排出された排気ガスを合流させて排気管３２を通じて外部に排出するようになっている。
【００２５】
燃料供給弁３７は、コモンレール２２に接続されており、サプライポンプ２１が汲み上げた燃料の一部を排気マニホールド３１内に供給するようになっている。燃料供給弁３７は、電磁駆動されるニードル弁で構成されており、ＥＣＵ６０からの指令に対応するタイミング及び供給量で還元剤としての燃料を排気マニホールド３１内に供給して、排気ガスに燃料を混合するようになっている。
【００２６】
排気後処理装置３３は、ターボ過給機４０の下流側の排気管３２に設けられ、内部にパラジウムや白金等の酸化触媒を有しており、この酸化触媒の酸化作用により、炭化水素ＨＣや一酸化炭素ＣＯを酸化させて水Ｈ２Ｏや二酸化炭素ＣＯ２にするようになっている。また、排気後処理装置３３は、内部にさらにＮＯｘ吸蔵還元触媒を有しており、排気ガスの酸素濃度が高いときに窒素酸化物ＮＯｘを吸蔵し、排気ガスの酸素濃度が低いときに吸蔵していた窒素酸化物を炭化水素ＨＣや一酸化炭素ＣＯと反応させてＮ２に還元するようになっている。
【００２７】
すなわち、排気後処理装置３３においては、燃料供給弁３７によって排気ガスに燃料が供給されることにより、排気ガス中の酸素濃度が低下されて排気ガス中の炭化水素ＨＣや一酸化炭素ＣＯの割合が増加し、窒素酸化物の還元が促進されるようになっている。
【００２８】
空燃比センサ３８は、排気後処理装置３３の下流側の排気管３２に設けられ、排気後処理装置３３から排出された排気ガスの空燃比を検出してＥＣＵ６０に出力するようになっている。そして、ＥＣＵ６０は、空燃比センサ３８から出力された空燃比が目標空燃比に近づくように燃料噴射弁２３から噴射される燃料噴射量および燃料供給弁３７から供給される燃料供給量を制御するようになっている。
【００２９】
また、空燃比センサ３８には、ヒータが内蔵されておりセンサ素子が活性化する温度に加熱されるようになっている。具体的には、ＥＣＵ６０の指令により、空燃比センサ３８の素子インピーダンスが活性温度に対応する抵抗値を維持するようにヒータの温度が制御されるようになっている。
【００３０】
ところで、エンジン１に供給される燃料の中には、硫黄分等の被毒物質が含まれており、燃焼時には、窒素酸化物ＮＯＸのみならず硫黄酸化物ＳＯＸも生成される。この硫黄酸化物ＳＯＸは、空燃比センサ３８に付着して、時間の経過とともに硫黄塩となって空燃比センサ３８に堆積し、空燃比センサ３８の検出精度を低下させる。ここで、空燃比センサ３８に堆積した硫化塩を放出する被毒回復のメカニズムについて簡単に説明する。
【００３１】
空燃比センサ３８に堆積した硫化塩は、加熱により硫黄酸化物ＳＯＸに熱分解され、この硫黄酸化物ＳＯＸと排気ガス中の炭化水素ＨＣや一酸化炭素ＣＯとが反応することにより気体状のＳＯ２に還元する。
したがって、ＥＣＵ６０は、空燃比センサ３８のヒータを加熱して硫化塩を硫化酸化物ＳＯＸに熱分解し、燃料噴射弁２３による燃料噴射および燃料供給弁３７による燃料供給を制御して排気ガスの酸素濃度を低下させるようにする。この結果、排気ガス中の炭化水素ＨＣや一酸化炭素ＣＯの割合が増加して、炭化水素ＨＣや一酸化炭素ＣＯが多くの硫化酸化物ＳＯＸと反応して硫黄酸化物ＳＯＸの還元がされ、被毒回復が促進される。
【００３２】
この場合、酸素濃度を低下しすぎると、未燃焼ガスが増加して白煙が発生したり、排気後処理装置３３が有する触媒が急激に温度上昇したりして、十分な浄化効率が得られないおそれがあるため、これらのバランスを考慮して燃料噴射弁２３による燃料噴射および燃料供給弁３７による燃料供給を制御することが好ましい。
【００３３】
ターボ過給機４０は、互いに回転方向一体に連結された吸入空気コンプレッサ４１および排気タービン４２を有し、排気タービン４２を排気エネルギにより回転させて吸入空気コンプレッサ４１を回転させるもので、エンジン１に空気を送り込むことができるようになっている。
【００３４】
ターボ過給機４０の排気タービン４２は、可変ノズル方式のものであり、詳細は図示しないが、タービン翼周りの排気通路に複数の可動ノズルベーンが配置され、その可動ノズルベーンの回動によって排気タービン４２を駆動する排気の流速を増加させるように可変ノズルを絞り、あるいは、流速を減少させるように可変ノズルを開くことができる。この可変ノズル方式のターボ過給機４０の可変ノズルを操作する図示しないアクチュエータはＥＣＵ６０によって制御されるようになっている。
【００３５】
ＥＧＲ装置５０は、燃焼室をバイパスして排気マニホールド３１内の排気通路と吸気マニホールド１４内の吸気通路とを連通させる排気還流用のＥＧＲ通路５１を有しており、このＥＧＲ通路５１には、排気還流量を調整するＥＧＲバルブ５２と、ＥＧＲ通路５１を通って還流する排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ５３とが設けられている。
【００３６】
ＥＧＲバルブ５２は、排気還流通路と吸気通路とを連通させる開弁状態と、排気還流通路と吸気通路との連通を制限または遮断する閉弁状態とに切り換え可能になっており、ＥＣＵ６０からの指令により、開度を制御することができるようになっている。
また、ＥＧＲバルブ５２には、ＥＧＲバルブ開度センサ５４が設けられており、ＥＧＲバルブ開度センサ５４は、ＥＧＲバルブ５２の開度を検出して電気信号に変換し、ＥＣＵ６０に出力するようになっている。
ＥＧＲクーラ５３は、排気還流通路の途中部分に設けられ、還流された排気ガスを冷却して吸気通路に還流させるようになっている。
【００３７】
ＥＣＵ６０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）６１、ＲＯＭ（Read Only Memory）６２、ＲＡＭ（Random Access Memory）６３、ＥＥＰＲＯＭ（Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory）６４、Ａ／Ｄ変換器やバッファ等を含む入力インターフェース回路６５および駆動回路を含む出力インターフェース回路６６を有して構成されている。
【００３８】
ＥＣＵ６０の入力インターフェース回路６５には、エアフローメータ１５、空燃比センサ３８、ＥＧＲバルブ開度センサ５４、アクセル開度センサ７１、スロットル開度センサ７２、エンジン回転数センサ７３、車速センサ７４等がそれぞれ接続されており、これらのセンサ１５、３８、５４、７１、７２、７３、７４からの情報がＥＣＵ６０に取り込まれるようになっている。取り込まれた情報は、ＥＣＵ６０で処理され、各装置２１、２３、３７、５２を駆動制御するために用いられる。
【００３９】
アクセル開度センサ７１は、図示しないアクセルペダルの踏込量を検出して電気信号に変換し、ＥＣＵ６０に出力するようになっている。
スロットル開度センサ７２は、スロットルバルブ１７の開度を検出して電気信号に変換し、ＥＣＵ６０に出力するようになっている。
【００４０】
エンジン回転数センサ７３は、所定角度単位のクランク回転からエンジン回転数を検出して電気信号に変換し、ＥＣＵ６０に出力するようになっている。
車速センサ７４は、車両の走行速度または車輪の最高速度を検出して電気信号に変換し、ＥＣＵ６０に出力するようになっている。
【００４１】
ＥＣＵ６０の出力インターフェース回路６６には、図示しないそれぞれの駆動回路を介してサプライポンプ２１、複数の燃料噴射弁２３、燃料供給弁３７、ＥＧＲバルブ５２が接続されており、ＥＣＵ６０からの指令に基づいて、各装置２１、２３、３７、５２を駆動制御するようになっている。
【００４２】
ＥＣＵ６０のＲＯＭ６２には、通常時の目標空燃比を算出するための通常時目標空燃比算出マップと、被毒回復時の目標空燃比を算出するための被毒回復時目標空燃比算出マップと、空燃比センサ３８の被毒量を算出するための被毒量算出マップと、燃料供給弁３７から供給される燃料供給量を算出するための燃料供給量算出マップと、空燃比センサ３８から放出された被毒量を算出するための放出量算出マップと、燃料供給量の学習値を算出するための学習マップとが記憶されている。通常時目標空燃比算出マップおよび被毒回復時目標空燃比算出マップは、エンジン回転数等の運転状態に応じて算出されるようになっている。なお、被毒量算出マップ、燃料供給量算出マップ、放出量算出マップおよび学習マップについては後述する。
【００４３】
また、ＥＣＵ６０のＲＯＭ６２には、被毒回復を開始する判定基準となる被毒回復開始閾値と、被毒回復を終了する判定基準となる被毒回復終了閾値とが記憶されている。なお、本実施の形態では、被毒回復終了閾値は、被毒回復開始閾値よりも小さい値とする。
また、ＥＣＵ６０のＲＡＭ６３は、空燃比センサ３８の被毒量をカウントする被毒量カウンタを構成し、空燃比センサ３８の被毒量をカウント値として記憶するようになっている。
【００４４】
また、ＥＣＵ６０は、空燃比センサ３８により検出された実空燃比に基づいて空燃比制御する通常モードと、被毒回復中などの空燃比センサ３８の検出精度が得られない場合に、エンジン１の運転状態から実空燃比を演算し、演算結果に基づいて空燃比制御する被毒回復モードとの間で、動作モードを切り換えるようになっている。なお、通常モードおよび被毒回復モードは、ＲＡＭ６３内に記憶された被毒回復中フラグのＯＮ・ＯＦＦによって切り換えられるようになっている。
【００４５】
例えば、エンジン１の常用走行領域において、通常モードでは、通常時目標空燃比算出マップに基づいて理論空燃比付近に目標空燃比が設定されて空燃比制御が行われ、被毒モードでは、被毒回復時目標空燃比マップに基づいて理論空燃比よりもリッチ側に目標空燃比が設定されて空燃比制御が行われる。このように、被毒モードにおいては、通常モードにおける目標空燃比よりもリッチ側に目標空燃比が設定されることにより、排気ガス中の酸素濃度を低下させて、被毒回復を行うようになっている。
【００４６】
実空燃比を演算により求める場合には、実空燃比は、式（１）により算出されるようになっている。
実空燃比＝吸入空気量／［（筒内噴射量×１回転当りの噴射回数＋燃料供給量×１回転当りの燃料供給量）×エンジン回転数×燃料比重］・・・（１）
なお、式（１）は、被毒回復モードにおいて用いられるだけでなく、通常モードにおいても、後述する空燃比センサ３８により検出された実空燃比と演算により求められた実空燃比とのばらつき量を算出する際に用いられる。
【００４７】
図２を参照して、被毒量算出処理について説明する。
図２は、本発明の実施の形態に係る被毒量算出マップの一例を示す図である。
【００４８】
被毒量算出マップは、縦軸が単位時間あたりの燃料噴射量と燃料供給量との合計量である全体噴射量を示し、横軸が単位時間あたりの排気ガスの排気温度から空燃比センサの素子温度を差し引いた温度差を示している。また、座標内に描かれた複数の被毒線図は、被毒量の増加量に対応した加算値の境界線を示しており、全体噴射量と温度差とから得られた座標点が、この境界線を越えた数に応じて単位時間あたりの被毒量の加算値が決定されるようになっている。
【００４９】
なお、被毒量算出マップにおいて、温度差が０℃以下の場合は、被毒量の加算値が０となっているが、これは被毒物質が排気ガスの温度よりも低温の物体に付着するという特性を有するからである。
【００５０】
被毒量算出マップにより算出された被毒量の加算値は、ＲＡＭ６３に記憶されて被毒量カウンタのカウント値が時間の経過とともに加算されてゆく。この被毒量カウンタのカウント値が、ＲＯＭ６２に記憶された被毒回復開始閾値以上になると、動作モードが通常モードから被毒回復モードに切り換えられ被毒回復が開始されるようになっている。
【００５１】
図３を参照して、燃料供給量算出処理について説明する。
図３は、本発明の実施の形態に係る燃料供給量算出マップの一例を示す図である。
【００５２】
燃料供給量算出マップは、被毒回復モードにおいてＥＣＵ６０により参照されるものであり、縦軸が燃料供給弁３７から供給される燃料供給量を示し、横軸が演算により求められた実空燃比から被毒モードにおける目標空燃比を差し引いた空燃比差を示している。
【００５３】
燃料供給量算出マップは、演算により求められた実空燃比と被毒モードにおける目標空燃比と比較して、実空燃比が目標空燃比よりも大きい、すなわち実空燃比がリーン側にずれている場合には、実空燃比がリッチ側にずれるように燃料供給量が増加されることを示している。一方、演算により求められた実空燃比と被毒モードにおける目標空燃比と比較して、実空燃比が目標空燃比よりも小さい、すなわち実空燃比がリッチ側にずれていた場合には、実空燃比がリーン側にずれるように燃料供給が停止されることを示している。
【００５４】
そして、燃料供給量算出マップにより算出された燃料供給量に基づいて、燃料供給弁３７による燃料供給が制御される。これにより、演算により求められた実空燃比と被毒モードにおける目標空燃比とのリーン側のずれを解消し、被毒回復を促進するようになっている。
【００５５】
図４を参照して、放出量算出処理について説明する。
図４は、本発明の実施の形態に係る放出量算出マップの一例を示す図である。
【００５６】
燃料放出量算出マップは、被毒回復モードにおいてＥＣＵ６０により参照されるものであり、縦軸が被毒物質の放出量を示し、横軸が演算により求められた実空燃比を示している。なお、本実施の形態では、放出量算出処理中は、空燃比センサ３８のヒータが一定の温度に維持されているものとする。
【００５７】
放出量算出マップは、演算により求められた実空燃比が、理論空燃比よりもリーン側にずれている場合には、被毒物質が還元されないものとして被毒物質が放出されないことを示し、理論空燃比よりもリッチ側にずれている場合には、被毒物質の還元が促進されたとして実空燃比に応じた被毒物質の放出量が算出されることを示している。この被毒量算出マップにより求められた被毒物質の放出量に応じて、被毒回復の進行状況が推定されるようになっている。
【００５８】
図５を参照して、燃料供給量学習処理について説明する。
図５は、本発明の実施の形態に係る学習マップの一例を示す図である。
【００５９】
学習マップは、通常モードにおいて、燃料供給量の学習用のマップとして利用され、被毒回復モードにおいて、燃料供給量の補正用のマップとして利用されるようになっており、縦軸が燃料噴射量と燃料供給量との合計量である全体噴射量を示し、横軸がエンジン回転数を示している。また、座標内は、全体噴射量とエンジン回転数とにより複数の領域Ａ１からＤ４に区画され、各領域Ａ１からＤ４はエンジン１の運転状態を示している。
【００６０】
ＥＣＵ６０は、通常モードにおいて、空燃比センサ３８により検出された空燃比と演算により求められた空燃比とのばらつき量を算出すると、運転状態に応じた領域に学習値として学習マップに記憶する。ばらつき量は、演算により求められた空燃比を空燃比演算値、空燃比センサ３８により検出された空燃比を空燃比検出値とすると、式（２）により算出される。
ばらつき量＝［（空燃比演算値／空燃比検出値）−１］×（筒内噴射量＋燃料供給量）・・・（２）
【００６１】
そして、学習マップの各領域に記憶された学習値は、次回の被毒回復モードにおいて、燃料供給量を含む全体噴射量の補正に用いられる。すなわち、次回の被毒回復モードにおいて、ＥＣＵ６０は、学習マップの補間により算出された学習値を補正量として、実空燃比を演算し、空燃比センサ３８により検出された実空燃比と演算により求められた実空燃比との差を小さくするようになっている。
【００６２】
次に作用について説明する。
図６は、本発明の実施の形態に係る空燃比センサの被毒回復装置の被毒回復処理を示すフローチャートである。
【００６３】
ＥＣＵ６０により空燃比制御が開始されると、図２に示す被毒量算出マップを用いて被毒量の加算値が算出される（ステップＳ１１）。
次に、ＥＣＵ６０により被毒量の加算値が算出されると、空燃比センサ３８の被毒量の総量をカウントする被毒量カウンタのカウント値が加算される（ステップＳ１２）。
【００６４】
次に、ＥＣＵ６０により被毒回復カウンタのカウント値が加算されると、動作モードが被毒回復モードか否かが判定される（ステップＳ１３）。被毒回復モードか否かは、被毒回復中フラグがＯＮに設定されているか否かにより判定される。
被毒回復中フラグがＯＮに設定されている場合には、ＥＣＵ６０により動作モードが被毒回復モードと判定される（ステップＳ１３でＹｅｓ）。
【００６５】
一方、被毒回復中フラグがＯＮに設定されていない場合には、ＥＣＵ６０により動作モードが通常モードと判定され（ステップＳ１３でＮｏ）、被毒量カウンタのカウント値が、ＲＯＭ６２に記憶された被毒回復開始閾値以上か否かが判定される（ステップＳ１４）。
ＥＣＵ６０により被毒量カウンタのカウント値が被毒回復開始閾値より小さいと判定された場合（ステップＳ１４でＮｏ）、被毒量カウンタのカウント値が被毒回復開始閾値以上となるまで、ステップＳ１１からステップＳ１４までの処理が繰り返される。
【００６６】
ＥＣＵ６０により被毒量カウンタのカウント値が被毒回復開始閾値以上と判定された場合（ステップＳ１４でＹｅｓ）、被毒回復中フラグがＯＮに設定され（ステップＳ１５）、動作モードが通常モードから被毒回復モードに切り換えられる。
ステップＳ１３およびステップＳ１５において、被毒回復中フラグがＯＮに設定されている場合には、被毒回復時目標空燃比算出マップから被毒回復モードにおける目標空燃比が算出される（ステップＳ１６）。
【００６７】
次に、ＥＣＵ６０により被毒回復モードにおける目標空燃比が算出されると、上述した式（１）により実空燃比が算出される（ステップＳ１７）。この際、既に学習値が求められている場合には、この学習値を補正量として実空燃比が算出される。これにより、空燃比センサ３８により検出された実空燃比と演算により求められた実空燃比との算出誤差を埋めている。
次に、ＥＣＵ６０により被毒回復モードにおける目標空燃比と演算により求められた実空燃比との空燃比差が算出され、図３に示す燃料供給量算出マップを用いて燃料供給量が算出される（ステップＳ１８）。
【００６８】
次に、ＥＣＵ６０により燃料供給量が算出されると、算出された実空燃比および燃料供給量に基づいて燃料噴射弁２３による燃料噴射制御および燃料供給弁３７による燃料供給制御が実施される（ステップＳ１９）。これにより、演算により求められた実空燃比が被毒モードにおける目標空燃比に近づけられ、上述したように空燃比センサ３８に堆積した被毒物質が還元される。
【００６９】
次に、ＥＣＵ６０により燃料噴射制御および燃料供給制御が実施されると、図４に示す放出量算出マップを用いて被毒物質の放出量が算出される（ステップＳ２０）。ＥＣＵ６０により被毒物質の放出量が算出されると、被毒量カウンタのカウント値が被毒物質の放出量に応じて減算される。なお、この被毒物質の放出量は、ＥＣＵ６０により前回の燃料供給において算出された燃料供給量に基づいて演算された実空燃比に基づいて算出されたものである。
【００７０】
次に、ＥＣＵ６０により被毒物質の放出量が算出されると、被毒量カウンタのカウント値が、ＲＯＭ６２に記憶された被毒回復終了閾値以下か否かが判定される（ステップＳ２１）。
ＥＣＵ６０により被毒量カウンタのカウント値が被毒回復終了閾値より大きいと判定されると（ステップＳ２１でＮｏ）、被毒量カウンタのカウント値が被毒回復終了閾値以下になるまでステップＳ１１からステップＳ２１までの処理を繰り返す。
ＥＣＵ６０により被毒量カウンタのカウント値が被毒回復終了閾値以下と判定されると（ステップＳ２１でＹｅｓ）、被毒回復中フラグがＯＦＦに設定され（ステップＳ２２）、動作モードが被毒回復モードから通常モードに切り換えられる。
【００７１】
次に、ＥＣＵ６０により動作モードが被毒回復モードから通常モードに切り換えられると、通常時目標空燃比算出マップから通常モードにおける目標空燃比が算出される（ステップＳ２３）。そして、通常モードにおける目標空燃比に空燃比センサ３８により検出された実空燃比が近づくように制御されるとともに、上述した式（２）により空燃比センサ３８により検出された空燃比と演算により求められた空燃比とのばらつき量の算出が開始される（ステップＳ２４）。
【００７２】
ＥＣＵ６０により算出されたばらつき量は、全体噴射量とエンジン回転数とにより表された運転状態に対応させて図５に示す学習マップに学習値として記憶される（ステップＳ２５）。そして、次回の被毒回復モードにおいて、学習マップの補間により燃料供給量を含む全体噴射量の補正量が算出されて実空燃比が補正される。
【００７３】
以上のように、本実施の形態では、通常モード中に、空燃比センサ３８によって検出される実空燃比とエンジン１の運転状態に基づいて演算される実空燃比との乖離量に基づいて、燃料供給弁３７により供給される燃料供給量のばらつき量を算出し、エンジン１の運転状態に応じた学習値として学習マップに記憶するようになっている。そして、被毒回復モード中に、エンジン１の運転状態に基づいて演算される実空燃比を学習マップの補間により補正し、被毒量カウンタのカウント値が、被毒回復終了閾値以下となるまで、前記被毒回復時の目標空燃比に近づくように前記燃料噴射制御および前記燃料供給制御を実行するようになっている。
【００７４】
したがって、被毒回復モードにおいて、演算により求められた実空燃比が学習マップの補間により補正され、空燃比センサ３８により検出された実空燃比と演算により求められた実空燃比との差を小さくすることができる。この結果、被毒回復モードにおいても空燃比センサ３８に検出された実空燃比に近い値を演算により求めることができ、演算により求められた実空燃比が過剰にリッチまたはリーンになることを防止することができる。
また、実空燃比が過剰にリッチになることを防止することができるため、未燃焼ガスにより白煙が発生したり、排気後処理装置３３の酸化触媒やＮＯｘ吸蔵還元触媒が急激に温度上昇したりすることがなく、浄化効率の低下を防止することができる。
さらに、実空燃比が過剰にリーンになることを防止することができるため、被毒回復が行われないのを防止することができる。
【００７５】
なお、被毒回復モードにおいて、燃料噴射制御および燃料供給制御とともに、ＥＧＲ装置５０のＥＧＲバルブ５２を開弁するようにしてもよい。この場合、ＥＣＵ６０により被毒量カウンタのカウント値が、ＲＯＭ６２に記憶された被毒回復終了閾値以下と判定されるまでＥＧＲバルブ５２を開弁するようにする。
【００７６】
これにより、被毒回復モードにおいて、排気通路に排出された排気ガスの一部を吸気通路に還流させて、空燃比をリッチ側に移動させることができるため、燃料噴射制御および燃料供給制御だけで空燃比をリッチ側に移動させる場合と比較して、早期に被毒モードにおける目標空燃比に近づけることができる。また、早期に被毒モードにおける目標空燃比に近づけることができるため、目標空燃比に近づけるのに必要な燃料供給量を低減させることができる。
【００７７】
なお、本実施の形態では、排気ガスから空燃比を検出する空燃比センサ３８を用いて説明したが、排気ガスから酸素濃度を検出する酸素センサにも応用可能である。さらに、空燃比センサ３８と酸素センサとを備えた構成にも応用可能である。
【００７８】
また、今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であってこの実施の形態に制限されるものではない。本発明の範囲は、上記した実施の形態のみの説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【００７９】
以上説明したように、本発明は、排気センサの被毒回復中に空燃比が過剰にリッチ側またはリーン側に設定されてしまうことを防止することができるという効果を有し、特に燃料およびオイルに含まれる被毒物質により被毒した排気センサの被毒回復を行う排気センサの被毒回復装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の排気センサの被毒回復装置の実施の形態を示す図であり、エンジンの概略構成図である。
【図２】本発明の排気センサの被毒回復装置の実施の形態を示す図であり、被毒量算出マップの一例を示す図である。
【図３】本発明の排気センサの被毒回復装置の実施の形態を示す図であり、燃料供給量算出マップの一例を示す図である。
【図４】本発明の排気センサの被毒回復装置の実施の形態を示す図であり、放出量算出マップの一例を示す図である。
【図５】本発明の排気センサの被毒回復装置の実施の形態を示す図であり、学習マップの一例を示す図である。
【図６】本発明の排気センサの被毒回復装置の実施の形態を示す図であり、被毒回復処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８１】
１  エンジン（内燃機関）
１０  吸気装置
１１  空気取入口
１２  エアクリーナ
１３  吸気管
１４  吸気マニホールド
２０  燃料噴射装置
２１  サプライポンプ
２２  コモンレール
２３  燃料噴射弁（燃料噴射手段、被毒回復手段）
３０  排気装置
３１  排気マニホールド
３２  排気管
３３  排気後処理装置（燃焼手段）
３７  燃料供給弁（燃料供給手段、被毒回復手段）
３８  空燃比センサ（排気センサ）
４０  ターボ過給機
４１  吸入空気コンプレッサ
４２  排気タービン
５０  ＥＧＲ装置（排気還流手段、被毒回復手段）
５１  ＥＧＲ通路
５２  ＥＧＲバルブ
５３  ＥＧＲクーラ
６０  ＥＣＵ（被毒量算出手段、学習手段、被毒判定手段、運転状態検出手段、被毒回復手段）
７３  エンジン回転数センサ（運転状態検出手段）
【図１】
2009150311.tif 000003
【図２】
2009150311.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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