(57)【要約】【課題】暖機途中に排気浄化性能を発揮させる空燃比変調制御おいて、燃焼を悪化させることのない排ガス浄化制御装置を提供することにある。【解決手段】エンジン１０の平均実空燃比が所定の目標空燃比に収束するように制御するフィードバック制御手段２０と、前記フィードバック制御手段２０の作動中において前記エンジンの実空燃比をリッチ側及びリーン側に交互に強制的に所定の振幅で変調させる空燃比変調手段２０とを備えた排ガス浄化制御装置において、前記エンジン１０における筒内の燃焼を安定化させる燃焼安定化手段１６又は７０と備え、前記空燃比変調手段２０の作動初期の期間を含む前記エンジン始動後の所定期間に亘り前記燃焼安定化手段１６又は７０を作動さするので、空燃比変調制御中において、リーン側に変調されたときにも、燃焼が悪化することなく、従って、ＨＣが増大することもなく、ドライバビリティが悪化することもない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気系に配置される排気ガス浄化用触媒及び空燃比センサと、
前記空燃比センサの出力に基づく前記エンジンの平均実空燃比が所定の目標空燃比に収束するよう前記エンジンの暖機時に実空燃比をリッチ側及びリーン側に交互に強制的に所定の振幅で変調させる空燃比変調手段と、
前記空燃比変調手段の作動初期の期間を含む前記エンジン始動後の所定期間に亘り前記エンジンの燃焼を安定化させる燃焼安定化手段と
を備えたことを特徴とする排ガス浄化制御装置。
【請求項２】
前記所定の目標空燃比は理論空燃比よりもリーンであることを特徴とする請求項１記載の排ガス浄化制御装置。
【請求項３】
前記空燃比センサが故障した場合には前記空燃比変調手段は変調作動を中止すると共に前記燃焼安定化手段は前記所定期間を短縮することを特徴とする請求項１又は２記載の排ガス浄化制御装置。
【請求項４】
前記所定期間は、前記エンジンの始動時の冷却水温が低いほど長く設定されることを特徴とする請求項１，２又は３記載の排ガス浄化制御装置。
【請求項５】
前記燃焼安定化手段が機能不全の場合は、前記空燃比変調手段の作動を禁止するか、或いは、前記空燃比変調手段による空燃比の振幅を正常時のときよりも縮小することを特徴とする請求項１，２，３又は４記載の排ガス浄化制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガス浄化制御装置に関する。詳しくは、暖機途中でも排気浄化性能を発揮させる排ガス浄化制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの制御においては、排気ガス中の酸素濃度を、例えばＯ2センサ（酸素センサ）やリニア空燃比センサによって検出し、この検出値に基づいてエンジンの実空燃比の変動を判定し、この判定値に応じてエンジンに対する供給燃料量をフィードバック制御（クローズドループ制御）することにより、実空燃比の平均を目標とする理論空燃比（Ａ／Ｆ＝１４．７）に近づけることが一般的に行われている。
【０００３】
一方、排気系に排気ガス浄化触媒として配置される三元触媒は、理論空燃比の近傍の領域で排気ガス浄化性能を発揮するが、触媒の温度が所定値以上にならないと活性化せず実質的な排気浄化性能を発揮できない特性がある。
そのため、特許文献１では、暖機途中でも三元触媒に排気浄化性能を発揮させるべく、エンジンの空燃比そのものを強制的に理論空燃比からリッチ方向及びリーン方向に交互に所定の振幅で変調させる空燃比変調制御（以下、Ａ／Ｆ変調制御）を利用することが提案されている。
【０００４】
このＡ／Ｆ変調制御によれば、いまだ三元触媒が十分に活性化していないときに、エンジンから排出されるガスの空燃比を、理論空燃比を中心として大きく変動させるため、その一部が浄化されることが判明している。この現象は、触媒の表面において、まずリッチ側に振ったときに表面のＯ2が完全になくなって排気ガスの還元反応が起き、またリーン側に振ったときは十分なＯ2が表面に存在するために酸化反応が促進されることによって生じ、ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘの浄化率が向上することに基づくものである。
【特許文献１】特許３３９２１９７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
冷態始動後に、上記のようなＡ／Ｆ変調制御を行うと、酸化還元反応が促進され触媒の温度を効率良く上昇させることができる一方、リーン側に変調した際に燃焼が悪化し、ＨＣが増大し、ドライバビリティが悪化する虞がある。特に元々のＨＣ排出レベルを下げようとして空燃比をリーン化した場合、その問題は顕在化しやすい。
即ち、図８に細線で示す一般的な暖機時制御のように、暖機途中にエンジンの実空燃比を理論空燃比（ストイキ：図中破線で示す）よりややリーンな空燃比に収束させておけばＨＣ排出レベルをある程度抑制しながら触媒温度は徐々に上昇して行く。これに対し、目標の平均空燃比をややリーンな空燃比として前述のようなＡ／Ｆ変調制御を加えると、図８中に太線で示すように、実燃比が理論空燃比からリッチ方向及びリーン方向に交互に所定の振幅ですることとなり、空燃比一定のリーン化制御を行う場合に比較して触媒温度が早期に高くなり触媒の早期活性を図ることができる。
【０００６】
しかしながら、図８に示すように、Ａ／Ｆ変調制御おいては、目標としたややリーンな空燃比から強制的にリッチ方向及びリーン方向に交互に所定の振幅で変調させるので、空燃比をリーン側に変調した時には、空燃比一定のリーン化制御を行う場合に比較してリーン時のリーン度合が大きくなって燃焼が悪化し、ＨＣの増大やドライバビリティの悪化を招く問題がある。
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、暖機途中に排気浄化性能を発揮させるＡ／Ｆ変調制御おいて、燃焼を悪化させることのない排ガス浄化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】
上記課題を解決する本発明の請求項１に係る排ガス浄化制御装置は、エンジンの排気系に配置される排気ガス浄化用触媒及び空燃比センサと、前記空燃比センサの出力に基づく前記エンジンの平均実空燃比が所定の目標空燃比に収束するよう前記エンジンの暖機時に実空燃比をリッチ側及びリーン側に交互に強制的に所定の振幅で変調させる空燃比変調手段と、前記空燃比変調手段の作動初期の期間を含む前記エンジン始動後の所定期間に亘り前記エンジンの燃焼を安定化させる燃焼安定化手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
上記課題を解決する本発明の請求項２に係る排ガス浄化制御装置は、請求項１において、前記所定の目標空燃比は理論空燃比よりもリーンであることを特徴とする。
【０００９】
上記課題を解決する本発明の請求項３に係る排ガス浄化制御装置は、請求項１又は２において、前記空燃比センサが故障した場合には前記空燃比変調手段は変調作動を中止すると共に前記燃焼安定化手段は前記所定期間を短縮することを特徴とする。
【００１０】
上記課題を解決する本発明の請求項４に係る排ガス浄化制御装置は、請求項１，２又は３において、前記所定期間は、前記エンジンの始動時の冷却水温が低いほど長く設定されることを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決する本発明の請求項５に係る排ガス浄化制御装置は、請求項１，２，３又は４において、前記燃焼安定化手段が機能不全の場合は、前記空燃比変調手段の作動を禁止するか、或いは、前記空燃比変調手段による空燃比の振幅を正常時のときよりも縮小することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、エンジンの暖機時には平均実空燃比が所定の目標空燃比に収束するよう実空燃比をリッチ側及びリーン側に交互に強制的に所定の振幅で変調させるので、効率良く触媒の早期活性を促進することができ、Ａ／Ｆ変調制御を行う際には燃焼を安定化させる燃焼安定化手段が作動しているので、Ａ／Ｆ変調制御の際に空燃比がリーン側に変調しても、燃焼の悪化を効果的に抑制することができ、ＨＣの増大やドライバビリティの悪化を防止できる。したがって、ＨＣの増大やドライバビリティの悪化を招くことなく早期に触媒を活性化することができ、環境性能の向上に大きく寄与できる。
【００１３】
請求項２の発明によれば、Ａ／Ｆ変調制御制御の目標空燃比をリーン空燃比とするのでＨＣの排出をより抑制しながら効率良く触媒の早期活性を促進することができる。
【００１４】
請求項３の発明によれば、空燃比センサが故障した場合にはＡ／Ｆ変調制御手段は変調作動を中止すると共に燃焼安定化手段は所定期間を短縮するので、Ａ／Ｆ変調制御なしで排気温度が上がり易い状況を早期に達成することができ、空燃比センサ故障時にふさわしい適切な手法で触媒の活性化を促進できる。
【００１５】
請求項４の発明によれば、所定期間は、エンジンの始動時の冷却水温が低いほど長く設定されるため、ＨＣの増大やドライバビリティの悪化を的確に抑制しながら触媒を効率良く昇温できる。
【００１６】
請求項５の発明によれば、燃焼安定化手段が機能不全（フェール）の場合には、Ａ／Ｆ変調制御の作動を禁止するか、振幅を縮小するので、燃焼安定化手段が機能不全の場合でもＨＣの増大やドライバビリティの悪化を確実に防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に実施例１及び実施例２として説明する態様が本発明を実施するための最良の形態である。
【実施例１】
【００１８】
本発明の第１の実施例に係る排ガス浄化制御装置を図１に示す。
図１に示すように、エンジン１０の上部に設けられるシリンダヘッド１１の頂部には点火プラグ９が配置されると共にその両側における吸気ポート及び排気ポートにはそれぞれ吸気バルブ１２及び排気バルブ１３が開閉自在に設けられる。これら吸気バルブ１２及び排気バルブ１３は自体公知の図示しない動弁機構により開閉制御される。シリンダヘッド１１の吸気ポートには筒内に向けてフューエルインジェクタ１４が装着され、吸気ポートはインテークマニホールド１５に接続されている。インテクマニホールド１５はエアクリーナ（図示省略）に接続され、インテクマニホールド１５には、吸気流動制御弁（ＦＣＶ：Flow Control Valve）１６が設けられている。
【００１９】
本実施例において、吸気流動制御弁１６は、エンジン１０の筒内における吸気の流動を強化する筒内流動強化手段であり燃焼安定化手段として機能する。即ち、冷態始動後所定期間内の低負荷時には、吸気流動制御弁１６を閉じて吸気の流路断面積を狭め、筒内に供給される吸気の流速を高めて、筒内における吸気の流動を強化することにより燃焼を安定化させる一方、冷態始動後所定期間経過した後や、温態時、高負荷時等には、吸気流動制御弁１６を開いて吸気の流路断面積を増大し、筒内に十分な吸気を供給するのである。
【００２０】
本実施例で使用する吸気流動制御弁１６は、開又は閉の２段階であるが、開〜閉の間で連続的に開度を調整する形式とすることも可能である。
一方、シリンダヘッド１１の排気ポートに接続される排気管１７には、リニア空燃比センサ（ＬＡＦＳ：Liner air fuel sensor）１８及び排気ガス浄化触媒として三元触媒１９が配置される。リニア空燃比センサ１８は、排気中の実空燃比に応じて連続的に変化する出力を発生する特性を有する。
【００２１】
リニア空燃比センサ１８により検出された実空燃比Ａ／Ｆは、マイクロコンピュータを内蔵するエンジン制御手段としてのＥＣＵ２０に入力される。
ＥＣＵ２０は、リニア空燃比センサ１８の出力をフィードバックしながら、エンジン１０の平均実空燃比が目標空燃比に収束するように、吸入空気量センサ５０により検出される吸入空気量に応じて、フューエルインジェクタ１４から吸気ポートに噴射される燃料噴射量を制御する。
更に、ＥＣＵ２０には、スロットル開度センサ３０、エンジン回転数センサ４０、吸入空気量センサ５０及び水温センサ６０等からの出力が入力され、エンジン１０の一般的な制御を行えるように構成されている。
【００２２】
ここで、三元触媒１９は、上述した通り、理論空燃比近傍の領域で排気ガス浄化性能を発揮するが、排気ガスの温度が所定値以上にならないと実質的な排気浄化性能を発揮できない特性がある。
そのため、ＥＣＵ２０には、水温センサ６０により検出される冷却水温が所定値以下の場合には、フィードバック制御手段の作動中において、エンジン１０の実空燃比を理論空燃比からリッチ側及びリーン側に交互に強制的に所定の振幅で変調させるＡ／Ｆ変調制御手段も備えられている。
このＡ／Ｆ変調制御手段によれば、上述した通り、いまだ三元触媒が十分に活性化していないときに、エンジンから排出されるガスの空燃比を、理論空燃比よりややリーンな目標平均空燃比を中心として大きく変動させるため、ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘの浄化率が向上する利点がある。なお、Ａ／Ｆ変調制御手段の作動時には一般的な冷態始動時制御と同様に点火時期のリタード制御も併用されて三元触媒の早期活性化を助けるようになっている。
【００２３】
本実施例では、Ａ／Ｆ変調制御において実空燃比がリーン側に変調した際に燃焼悪化を防止すべく、Ａ／Ｆ変調制御が作動中のときは、燃焼安定化手段としての筒内流動強化手段を有効とする。
即ち、Ａ／Ｆ変調制御が作動中のときは、吸気流動制御弁１６により、エンジン１０の筒内流動を強化するものである。言い換えると、エンジン１０の実空燃比をリッチ側及びリーン側に交互に強制的に振幅させるＡ／Ｆ変調制御中は、吸気流動制御弁１６を閉じて吸気の流路断面積を狭めることで吸気の流速を上げて、筒内におけるタンブル流の生成を促進して筒内流動を高めるのである。
【００２４】
なお、吸気流動制御弁１６の一般的な制御としては、後述する通り、始動直後は、吸気流動制御弁１６を閉とすることにより、吸気の流速を速くし燃料を微粒化して、ＨＣを減少させていた。しかし、吸気流動制御弁１６をそのまま閉としておくと、吸気の流速が早いため排温が上がらない。そこで、始動直後の（ファースト）アイドル時には吸気流動制御弁１６を開として排温を上げていた。
【００２５】
また、吸気流動制御弁１６は、始動後の経過時間が所定時間に到達するまで閉とする。エンジンの温度は、始動時の冷却水温と始動後の経過時間によってある程度推定されるからである。
吸気流動制御弁１６を閉とする期間を経過した後は、吸気流動制御弁１６を開いて吸気の流路断面積を増大し、筒内に十分な吸気を供給する。
ここで、吸気流動制御弁１６は、例えば、エンジン１０の温度を代表する冷却水温等が所定温度に到達するまで閉とするようにしてもよい。
【００２６】
本実施例の排ガス浄化制御装置の動作について、図２に示すフローチャートに従って説明する。
先ず、ドライバーがキースイッチをＯＦＦからＯＮに切り替えてエンジン始動操作がなされたか否か判定する（ステップＳ１）。キースイッチがＯＦＦからＯＮに切り替えられたときには、吸気流動制御弁１６を開から閉とし（ステップＳ２）、続いて水温センサ６０からの水温情報から始動時水温を取得して（ステップＳ３）、後述のステップＳ４に進む。一方、ステップＳ１でキースイッチの上記操作が検出されないときは、吸気流動制御弁１６は前回の状態のままとし、後述のステップＳ４に進む。
【００２７】
次いで、ステップＳ４ではＡ／Ｆ変調制御が可能な条件が成立しているか判定する。ここでは、リニア空燃比センサ１８、フューエルインジェクタ１４を含む燃料系統が正常であるか否かによって判定し、それらが正常のときはＡ／Ｆ変調制御が可能であると判定し、逆に、それらが機能不全であるときは、Ａ／Ｆ変調制御を行わないと判定する。
【００２８】
ステップＳ４でＡ／Ｆ変調制御を行わないと判定されたときは、水温情報から、Ａ／Ｆ変調制御を行わないときにおける吸気流動制御弁１６の閉時間Ｔ２を決定する（ステップＳ５）。
具体的には、図５に示すように、始動時水温が一定以下の場合は、始動時水温が低いほど、吸気流動制御弁１６の閉時間Ｔ２が長くなるように決定する。始動時水温が低いほど、温まるのに時間がかかるから、吸気流動制御弁１６により筒内流動を強化する時間を長くするのである。
【００２９】
従って、Ａ／Ｆ変調制御を行わない場合において、始動直後から比較的早期の閉時間Ｔ２までは吸気流動制御弁１６が閉となり、吸気の流速を速くし燃料を微粒化して、ＨＣを減少させられる。そして、閉時間Ｔ２を経過した後のファーストアイドル時には吸気流動制御弁１６を開として排温を上げることができる。
一方、ステップＳ４でＡ／Ｆ変調制御可能であると判定されたときは、吸気流動制御弁１６が正常か否か判定する（ステップＳ６）。吸気流動制御弁１６が正常のときは、Ａ／Ｆ変調制御を実行する（ステップＳ８）。
Ａ／Ｆ変調制御は、図３に示すように、Ａ／Ｆ変調制御の開始時点Ｔ３と終了時点Ｔ４の間のタイミングのときに実行される。Ａ／Ｆ変調制御によれば、いまだ三元触媒１９が十分に活性化していないときに、エンジン１０の実空燃比を理論空燃比よりもややリーンな空燃比からリッチ側及びリーン側に交互に強制的に振幅させるので、触媒温度が上昇し、ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘの浄化率が向上する。
【００３０】
そして、水温情報から、Ａ／Ｆ変調制御を行うときにおける吸気流動制御弁１６の閉時間Ｔ１を決定する（ステップＳ９）。
具体的には、図５に示すように、始動時水温が一定以下の場合は、始動時水温が低いほど、吸気流動制御弁１６の閉時間Ｔ１が長くなるように決定する。始動時水温が低いほど、温まるのに時間がかかるから、吸気流動制御弁１６により筒内流動を強化する時間を長くするのである。
【００３１】
ここで、吸気流動制御弁１６の閉時間Ｔ１，Ｔ２を対比すると、図３及び図４に示す通り、閉時間Ｔ１が閉時間Ｔ２よりも長い。つまり、Ａ／Ｆ変調制御を行うときは、Ａ／Ｆ変調制御を行わないときに比較して、吸気流動制御弁１６の閉となる時間が長い。しかも、Ａ／Ｆ変調制御を行う場合は、吸気流動制御弁１６は、エンジン１０の実空燃比が理論空燃比からリッチ側及びリーン側に交互に強制的に振幅している期間も閉となっている。
要するに、Ａ／Ｆ変調制御を行うときは、エンジン１０の筒内流動が強化される時間が比較的長いことになる。そのため、Ａ／Ｆ変調制御を行うときにリーン側に変調した場合であっても、燃焼安定化が図れる。
【００３２】
なお、吸気流動制御弁１６の閉時間Ｔ１，Ｔ２は、図３に示す通り、エンジン１０の始動開始からの時間であり、ローレベルのときが閉を示し、また、ハイレベルのときが開を示す。また、エンジン１０が始動したことは、エンジン回転数センサ４０の情報に基づいて判断する。
その後、Ａ／Ｆ変調制御を行うときにおける吸気流動制御弁１６の閉時間Ｔ１を経過したか、或いは、Ａ／Ｆ変調制御を行わないときにおける吸気流動制御弁１６の閉時間Ｔ２を経過したか否か判定する（ステップＳ１０）。吸気流動制御弁１６の閉時間Ｔ１又はＴ２を経過したときには、吸気流動制御弁１６を閉から開とする。一方、吸気流動制御弁１６の閉時間Ｔ１又はＴ２を経過するまではリターンで最初から繰り返す。
【００３３】
なお、ステップＳ６において、吸気流動制御弁１６が正常でなく機能不全であると判定されたときには、図４に示すように、Ａ／Ｆ変調制御を行わないか、或いは、正常時の時よりも振幅を縮小してＡ／Ｆ変調制御を実行する（ステップＳ７）。振幅を縮小してＡ／Ｆ変調制御を実施すれば、Ａ／Ｆ変調制御を全く行わない場合に比較して、触媒温度が多少は上昇するため、ある程度の排気浄化性能の向上が期待できる。
【００３４】
以上、具体的に説明した通り、本実施例によれば、Ａ／Ｆ変調制御を行わない場合、吸気流動制御弁１６は始動後所定時間（Ｔ２）で開となるのに対し、Ａ／Ｆ変調制御を行う場合には、吸気流動制御弁１６はエンジン１０の実空燃比が理論空燃比からリッチ側及びリーン側に交互に強制的に振幅している期間（Ｔ１）においも閉じているため、筒内流動が強化され、燃焼安定化が図れる。また、Ａ／Ｆ変調制御は、リニア空燃センサ（ＬＡＦＳ）等燃料系が機能不全の場合は、実施を中止する。一方、吸気流動制御弁１６が機能不全の場合は、振幅を縮小してＡ／Ｆ変調制御を行う場合もありうる。なお、吸気流動制御弁１６は、筒内流動強化手段の一例であって、同様な機能を持つものに置き換えることが可能である。
【実施例２】
【００３５】
本発明の第２の実施例に係る排ガス浄化制御装置を図６に示す。
本実施例は、燃焼安定化手段として、前述した実施例における吸気流動制御弁１６に代えて、可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ：Variable Valve Timing）７０を用いる例である。
可変バルブタイミング機構７０は、吸気バルブのバルブ開閉タイミングを連続的に可変制御できる形式のもので、吸気カムシャフト（図示省略）の位相を遅角し、オーバーラップ（吸気弁と排気弁とが同時に開いている時期）を少なくすることにより、筒内に逆流する内部ＥＧＲ（Exhaust Gas Return）量を減少させることができる一方、吸気カムシャフトの位相を進角させ、オーバーラップを多くして、吸気慣性効果により吸気流入速度を高めることができる形式とする。
【００３６】
本実施例において、可変バルブタイミング機構７０は、エンジン１０の筒内燃焼を安定化させる燃焼安定化手段として機能するものである。本実施例においては、可変バルブタイミング機構７０以外については、前述した実施例と同様であり、同一符号を以って説明を省略する。
本実施例では、Ａ／Ｆ変調制御において実空燃比がリーン側に変調した際に燃焼悪化を防止すべく、Ａ／Ｆ変調制御が作動中のときは、可変バルブタイミング機構７０である燃焼安定化手段を有効とする。
【００３７】
即ち、Ａ／Ｆ変調制御が作動中のときは、可変バルブタイミング機構７０により、エンジン１０の吸気カムシャフトの位相を遅角することによって筒内に逆流する内部ＥＧＲ量を減少させるのである。言い換えると、エンジン１０の実空燃比をリッチ側及びリーン側に交互に強制的に振幅させるＡ／Ｆ変調制御中は、可変バルブタイミング機構７０により、エンジン１０の吸気カムシャフトの位相を遅角することによって筒内に逆流する内部ＥＧＲ量を減少させて燃焼を安定化させるのである。
【００３８】
また、可変バルブタイミング機構７０は、始動後の経過時間が所定時間に到達するまで、内部ＥＧＲ量を減少させた状態を維持する。エンジンの温度は、始動時の冷却水温と始動後の経過時間によってある程度推定されるからである。
可変バルブタイミング機構７０を作動させて内部ＥＧＲ量を減少させる期間を経過した後は、可変バルブタイミング機構７０により吸気カムシャフトの位相を進角させ、オーバーラップを多くして、吸気慣性効果により吸気流入速度を高めるようする。
ここで、可変バルブタイミング機構７０は、例えば、エンジン１０の温度を代表する冷却水温等が所定温度に到達するまで、内部ＥＧＲ量を減少させた状態を維持するようにしてもよい。
【００３９】
本実施例の排ガス浄化制御装置の動作について、図７に示すフローチャートに従って説明する。
先ず、ドライバーがキースイッチをＯＦＦからＯＮに切り替えてエンジン始動操作がなされたか否か判定する（ステップＴ１）。キースイッチがＯＦＦからＯＮに切り替えられたときには、可変バルブタイミング機構７０を作動させて吸気カムシャフトの位相を遅角させ（ステップＴ２）、続いて水温センサ６０からの水温情報から始動時水温を取得して（ステップＴ３）、後述のステップＴ４に進む。一方、ステップＴ１でキースイッチの上記操作が検出されないときは、可変バルブタイミング機構７０は前回状態のままとし、後述のステップＴ４に進む。
【００４０】
次いで、ステップＴ４ではＡ／Ｆ変調制御が可能な条件が成立しているか判定する。ここでは、リニア空燃比センサ１８、フューエルインジェクタ１４を含む燃料系統が正常であるか否かによって判定し、それらが正常のときはＡ／Ｆ変調制御が可能であると判定し、逆に、それらが機能不全であるときは、Ａ／Ｆ変調制御を行わないと判定する。
【００４１】
ステップＴ４でＡ／Ｆ変調制御を行わないと判定されたときは、水温情報から、Ａ／Ｆ変調制御を行わないときにおける可変バルブタイミング機構７０を作動させて吸気カムシャフトの位相を遅角させた状態を維持する時間Ｔ２を決定する（ステップＴ５）。
具体的には、図５に示すように、始動時水温が一定以下の場合は、始動時水温が低いほど、可変バルブタイミング機構７０を作動させて吸気カムシャフトの位相を遅角させた状態を維持する時間Ｔ２が長くなるように決定する。始動時水温が低いほど、温まるのに時間がかかるから、可変バルブタイミング機構７０を作動させて燃焼安定化する時間を長くするのである。
一方、ステップＴ４でＡ／Ｆ変調制御可能であると判定されたときは、可変バルブタイミング機構７０が正常か否か判定する（ステップＴ６）。可変バルブタイミング機構７０が正常のときは、Ａ／Ｆ変調制御を実行する（ステップＴ８）。
Ａ／Ｆ変調制御は、図３に示すように、Ａ／Ｆ変調制御の開始時点Ｔ３と終了時点Ｔ４の間のタイミングのときに実行される。Ａ／Ｆ変調制御によれば、いまだ三元触媒１９が十分に活性化していないときに、エンジン１０の実空燃比を理論空燃比よりもややリーンな空燃比からリッチ側及びリーン側に交互に強制的に振幅させるので、触媒温度が上昇し、ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘの浄化率が向上する。
【００４２】
そして、水温情報から、Ａ／Ｆ変調制御を行うときにおける可変バルブタイミング機構７０を作動させて吸気カムシャフトの位相を遅角させた状態を維持する時間Ｔ１を決定する（ステップＴ９）。
具体的には、図５に示すように、始動時水温が一定以下の場合は、始動時水温が低いほど、可変バルブタイミング機構７０を作動させて吸気カムシャフトの位相を遅角させた状態を維持する時間Ｔ１が長くなるように決定する。始動時水温が低いほど、温まるのに時間がかかるから、可変バルブタイミング機構７０を作動させて燃焼安定化する時間を長くするのである。
【００４３】
ここで、可変バルブタイミング機構７０を作動させて、吸気カムシャフトの位相を遅角させた状態を維持する時間Ｔ１，Ｔ２を対比すると、図３及び図４に示す通り、時間Ｔ１が時間Ｔ２よりも長い。つまり、Ａ／Ｆ変調制御を行うときは、Ａ／Ｆ変調制御を行わないときに比較して、可変バルブタイミング機構７０を作動させて吸気カムシャフトの位相を遅角させた状態を維持する時間が長い。しかも、Ａ／Ｆ変調制御を行う場合は、可変バルブタイミング機構７０は、エンジン１０の実空燃比が理論空燃比からリッチ側及びリーン側に交互に強制的に振幅している期間も吸気カムシャフトの位相を遅角させている。要するに、Ａ／Ｆ変調制御を行うときは、Ａ／Ｆ変調制御を行わない場合に比較し、吸気カムシャフトの位相を遅角させた状態を維持する時間が長いことになる。そのため、Ａ／Ｆ変調制御を行うときにリーン側に変調した場合であっても、筒内に逆流する内部ＥＧＲ量が減少し燃焼安定化が図れる。
【００４４】
その後、Ａ／Ｆ変調制御を行うときにおける可変バルブタイミング機構７０を作動させて吸気カムシャフトの位相を遅角させた状態を維持する時間Ｔ１を経過したか、或いは、Ａ／Ｆ変調制御を行わないときにおける可変バルブタイミング機構７０を作動させて吸気カムシャフトの位相を遅角させた状態を維持する時間Ｔ２を経過したか否か判定する（ステップＴ１０）。可変バルブタイミング機構７０を作動させて吸気カムシャフトの位相を遅角させた状態を維持する時間Ｔ１又はＴ２を経過したときには、可変バルブタイミング機構７０を作動させて吸気カムシャフトの位相を進角させる。一方、可変バルブタイミング機構７０を作動させて吸気カムシャフトの位相を遅角させた状態を維持する時間Ｔ１又はＴ２を経過するまではリターンで最初から繰り返す。
【００４５】
なお、ステップＴ６において、可変バルブタイミング機構７０が正常でなく機能不全であると判定されたときには、図４に示すように、Ａ／Ｆ変調制御を行わないか、或いは、正常時の時よりも振幅を縮小してＡ／Ｆ変調制御を実行する（ステップＴ７）。振幅を縮小してＡ／Ｆ変調制御を実施すれば、Ａ／Ｆ変調制御を全く行わない場合に比較して、触媒温度が多少は上昇するため、ある程度の排気浄化性能の向上が期待できる。
【００４６】
以上、具体的に説明した通り、本実施例によれば、Ａ／Ｆ変調制御を行わない場合、可変バルブタイミング機構７０は始動後所定時間（Ｔ２）で吸気カムシャフトの位相を進角するのに対し、Ａ／Ｆ変調制御を行う場合には、可変バルブタイミング機構７０はエンジン１０の実空燃比が理論空燃比からリッチ側及びリーン側に交互に強制的に振幅している期間（Ｔ１）においも吸気カムシャフトの位相を遅角させた状態を維持するため、筒内に逆流する内部ＥＧＲ量を減少させ燃焼を安定化させられる。また、Ａ／Ｆ変調制御は、リニア空燃センサ（ＬＡＦＳ）等燃料系が機能不全の場合は、実施を中止する。一方、可変バルブタイミング機構７０が機能不全の場合は、振幅を縮小してＡ／Ｆ変調制御を行う場合もありうる。可変バルブタイミング機構７０は、燃焼安定化手段の一例であって、同様な機能を持つものに置き換えることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、暖機途中でもＡ／Ｆ変調制御により排気浄化性能を発揮させると共に燃焼悪化を回避できる排ガス浄化制御装置として広く産業上利用可能なものである。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１の実施例に係る排ガス浄化制御装置を示す概略図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係る排ガス浄化制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】エンジン回転数、空燃比、触媒温度及び吸気流動制御弁の関係を示すグラフである。
【図４】Ａ／Ｆ変調制御を行わない場合及び振幅を縮小してＡ／Ｆ変調制御を行う場合のにおけるエンジン回転数と空燃比の関係を示すグラフである。
【図５】始動時水温に対する始動後における吸気流動制御弁を閉とする時間との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の第２の実施例に係る排ガス浄化制御装置を示す概略図である。
【図７】本発明の第２の実施例に係る排ガス浄化制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図８】エンジン回転数、空燃比及び触媒温度の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４９】
１０  エンジン
１６  吸気流動制御弁
１８  リニア空燃比センサ
１９  三元触媒
２０  ＥＣＵ
３０  スロットル開度センサ
４０  エンジン回転数センサ
５０  吸入空気量センサ
６０  水温センサ
７０  可変バルブタイミング機構
【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】
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【図８】
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