JP2005282450A - エンジンの排気制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】始動時における空燃比センサの早期活性を実現すると共に、始動直後のオルタネータ駆動によるエンジン負荷を軽減して排気ガス排出量を低減する。
【解決手段】触媒８の上流側と下流側とにＯ2センサ１０，１１を配設し、エンジン始動時は（時間ｔ１）、フロントＯ2センサ１０に内蔵するヒータ１０ａに通電するヒータ通電量ＦＤＵＴＹを１００％に設定すると共に、リヤＯ2センサ１１に内蔵するヒータ１１ａに通電するヒータ通電量ＲＤＵＴＹを、リヤＯ2ヒータ通電HTRDUTYからリヤＯ2ヒータ通電減算値DECDUTYを減算した値で設定する。そしてフロントＯ2センサ１０が活性したとき（時間ｔ２）、フロントＯ2センサ１０に対するヒータ通電量ＦＤＵＴＹを下げると共に、リヤＯ2ヒータ通電減算値DECDUTYを減少させてヒータ通電量ＲＤＵＴＹを上昇させる。
【選択図】図７

Description

本発明は、排気通路に複数配設した空燃比センサのヒータに対する通電を制御してオルタネータ駆動によるエンジン負荷を軽減し、始動時の排気ガス排出量を低減するエンジンの排気制御装置に関する。

冷態始動直後はエンジンに大きな負荷がかかるため、排気ガス排出量が増加する。排気ガス排出量は、排気ガス流量とエミッション濃度との積に比例するので、何れかを低減すれば排気ガス排出量を低減させることができる。

排気ガス流量を低減する手段としてエンジン負荷の軽減がある。排気ガス流量はエンジン回転数とエンジン負荷（簡易的には吸入空気量）とで決定されるが、最近は点灯類の光度の上昇や各種電装品の増加によりオルタネータが大型化し、それに伴いエンジン負荷が増大する傾向にある。

従って、排気ガス排出量を低減する１つの方法としては、オルタネータの発電量を管理することで実現することができる。そのため、本出願人は、特開２００２−２７６４１４号公報において、始動時はオルタネータによる発電を停止し、その分、エンジン負荷を軽減して、排気ガスの排出量を低減する技術を提案した。

一方、排気ガス中のエミッションを低減するには、始動直後の空燃比のリッチ化を抑制すれば良い。一般に、空燃比制御システムは、触媒の上流側に配設した空燃比センサで排気ガス中の空燃比を検出し、この空燃比を目標空燃比（例えば理論空燃比）に収束するように燃料噴射量をフィードバック制御している。

ところで、このような空燃比制御システムでは、エンジン始動後直ちに空燃比フィードバック制御を開始することが、排気ガス排出量を低減する上で重要である。しかし、空燃比センサはある温度以上に達しないと活性しないため、直ちにフィードバック制御を開始することはできない。

そのため、最近では、空燃比センサにヒータを内蔵し、始動時においてはヒータ通電により空燃比センサを早期に活性させる技術が種々提案されている。

例えば特開平１１−２１８０４４号公報には、イグニッションスイッチがＯＮしたとき空燃比センサに対しヒータ通電を開始し、所定時間経過後、エンジン運転状態に基づいてヒータ温度をデューティ制御する技術が開示されている。
特開２００２−２７６４１４号公報 特開平１１−２１８０４４号公報

最近の空燃比制御システムでは、触媒の排気ガス浄化率を高めるために、触媒の上流側と下流側とに空燃比センサを各々配設し、両空燃比センサで検出した空燃比に基づいて燃料噴射量を高精度に制御する技術が採用されている。更に、触媒の数も増加傾向にあり、それに伴い空燃比センサの数も増加される。

始動時において、空燃比フィードバックを直ちに開始するためには、各空燃比センサに対してヒータ通電し早期活性させる必要があるが、エンジン負荷を軽減するために始動時においてオルタネータを停止し、バッテリ電圧のみでヒータ通電を賄おうとした場合、電圧不足により空燃比センサが活性するまでに時間がかかり、空燃比フィードバック制御の開始時期に遅れが生じる。

従って、始動時においてはオルタネータ発電によりヒータ通電を行い、空燃比センサを早期活性させることになるが、上述したようにオルタネータは大型化の傾向にあり、始動時において、オルタネータによる発電にて空燃比センサに対するヒータ通電を賄おうとした場合、エンジン負荷が増加し、その分、排気ガス排出量の増加を招く問題がある。

本発明は、上記事情に鑑み、始動時における空燃比センサの早期活性を実現し、空燃比フィードバック制御を直ちに開始することでエミッション濃度の低減を実現すると共に、始動直後のオルタネータ駆動によるエンジン負荷を軽減して排気ガス排出量を低減することのできるエンジンの排気制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明は、排気系に介装した触媒の上流と下流とに、ヒータを内蔵する空燃比センサを配設し、上記各空燃比センサで検出した排気ガス中の空燃比が目標空燃比に収束するようにフィードバック制御するエンジンの排気制御装置において、上記各空燃比センサに設けた上記各ヒータに対して通電し、該ヒータを発熱させるヒータ通電手段と、エンジン始動直後の上記触媒下流に配設した上記空燃比センサに内蔵する上記ヒータに対する通電量を制限するヒータ制限手段とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、始動時における空燃比センサの早期活性を実現し、空燃比フィードバック制御を直ちに開始することでエミッション濃度の低減を実現すると共に、始動直後のオルタネータ駆動によるエンジン負荷を軽減して排気ガス排出量を低減することができる。

以下、図面に基づいて本発明の一形態を説明する。図１に排気制御装置を備えるエンジン制御系の概略構成図を示す。

同図の符号１はエンジンで、エンジン１の吸気ポート１ａに吸気マニホルド２を介して吸気通路３が連通され、この吸気通路３の最上流側にエアクリーナ（図示せず）が設けられている。又、吸気通路３の中途にスロットル弁４が介装され、このスロットル弁４の下流側に、吸気マニホルド２の集合部を接続するエアチャンバ５が形成されている。更に、吸気マニホルド２に、噴射方向を吸気ポート１ａ側に指向するインジェクタ６が固設されている。一方、エンジン１の排気ポート１ｂに排気通路７が連通され、この排気通路７の中途に触媒８が介装されている。尚、排気通路７の最下流にはマフラ（図示せず）が接続されている。

又、エアチャンバ５に、スロットル弁４下流の吸入管圧力ＰＭを絶対圧で検出する吸入管圧力センサ９が配設されている。一方、排気通路７に配設されている触媒８の上流側と下流側とに、排気ガス中の空燃比のリッチ/リーンを検出して電圧値を反転させる、空燃比センサとしてのフロントＯ2センサ１０、及びリヤＯ2センサ１１が各々配設されている。

この両Ｏ2センサ１０，１１には、ヒータ１０ａ，１１ａが各々内蔵されている。この各ヒータ１０ａ，１１ａに通電すると、各ヒータ１０ａ，１１ａが発熱し、空燃比を検知する素子部が加熱され、この素子部を活性温度（約３５０℃〜４００℃以上）まで早期に上昇させることができる。尚、符号１２は点火プラグである。

一方、符号２０はマイクロコンピュータ等からなる電子制御装置（ＥＣＵ）で、吸入管圧力センサ９、フロントＯ2センサ１０、リヤＯ2センサ１１、クランク軸等の出力軸の回転からエンジン回転数Ｎｅを検出する回転数センサ１３、エンジン水温ＴＷからエンジン温度を間接的に検出する水温センサ１４、バッテリ電圧を検出するバッテリ電圧センサ１５等の各センサ・スイッチ類から出力される情報に基づき空燃比制御、点火時期制御等の各種制御を行なうと共にオルタネータ２１の発電制御を行う。更に、始動直後においては、排気ガス排出量を低減する排気制御を実行する。排気制御は具体的にはフロントＯ2センサ１０とリヤＯ2センサ１１とに設けたヒータ１０ａ，１１ａに対するヒータ通電制御によって行われる。

尚、オルタネータ２１には、発電電力の出力端子（ＢＡＴ端子）、目標発電電圧の入力端子（Ｃ端子）、発電出力のフィードバック入力端子（Ｓ端子）、フィールドコイルの通電・非通電を制御する端子（Ｌ端子）、接地用の端子（Ｅ端子）が各々設けられている。

又、空燃比制御として、本形態は、フロントＯ2センサ１０で検出した空燃比に基づいて、実際の空燃比を目標空燃比に収束させるメインフィードバック制御と、リヤＯ2センサ１１で検出した空燃比に基づいて目標空燃比を補正制御するサブフィードバック制御とを行う、いわゆる２センサ空燃比制御システムを採用している。

ＥＣＵ２０で実行されるヒータ通電制御は、図２〜図４に示すフローチャートに従って処理される。

イグニッションスイッチ（図示せず）をＯＮすると、先ず、図２に示す始動判定ルーチンが起動される。このルーチンでは、ステップＳ１で、エンジンが始動したか否を調べる。エンジンが始動したか否かは、例えば回転数センサ１３で検出したエンジン回転数Ｎｅ、或いはスタータスイッチ（図示せず）の状態により判定する。すなわち、エンジン回転数Ｎｅが予め設定した完爆回転数（例えば５００rpm）以上となり、或いはスタータスイッチがＯＮからＯＦＦへ移行したとき、エンジン始動と判定する。

そして、エンジン始動と判定した場合、ステップＳ２へ進み、始動時判定フラグXSTAをクリアして（XSTA←０）、ルーチンを終了する。この始動時判定フラグXSTAの初期値は１であり、イグニッションスイッチをＯＮしたときにセットされる。

次いで、図３に示すフロントＯ2センサヒータ通電制御ルーチンと、図４に示すリヤＯ2センサヒータ通電制御ルーチンとが、設定周期毎に実行される。

先ず、図３に示すフロントＯ2センサヒータ通電制御ルーチンについて説明する。このルーチンでは、先ず、ステップＳ１１で、運転状態パラメータを読込む。運転状態パラメータとしては、例えば、エンジン回転数Ne、水温センサ１４で検出した始動時エンジン水温ＴＷＳ、吸入管圧力センサ９で検出した吸入管圧力ＰＭ、バッテリ電圧センサ１５で検出したバッテリ電圧ＶＢ、及び始動時判定フラグXSTAの値がある。始動時エンジン水温ＴＷＳは最初のルーチン実行時にのみ読込まれる。

そして、ステップＳ１２へ進み、ステップＳ１１で読込んだ運転状態パラメータに基づきフロントＯ2センサ１０に設けたヒータ１０ａに対するヒータ通電条件（フロントＯ2ヒータ通電条件）を調べる。

フロントＯ2ヒータ通電条件を判定するための運転状態パラメータには、フロントＯ2センサ１０自体を保護するためのパラメータと、バッテリ上がりを防止するためのパラメータとが有る。

フロントＯ2センサ１０自体を保護するためのパラメータとしては、エンジン回転数Ｎｅ、エンジン水温ＴＷが有る。又、バッテリ上がりを防止するためのパラメータとしては、バッテリ電圧ＶＢ、始動時判定フラグXSTAの値がある。

そして、始動時判定フラグ＝０の始動後、Ｎｅ＜高回転（例えば6000rpm）、且つ、ＶＢ＞過放電判定電圧（例えば12[V]）、且つ、ＴＷ≧極低温判定値（例えば−２０[℃]）のとき、フロントＯ2ヒータ通電条件成立と判定し、ステップＳ１３へ進む。

一方、フロントＯ2ヒータ通電条件の１つでも満足されなかった場合、フロントＯ2ヒータ通電条件不成立と判定し、ステップＳ１４へ分岐し、フロントＯ2ヒータ通電量（デューティ比）ＦＤＵＴＹをクリアして（ＦＤＵＴＹ←０）、ステップＳ１１へ戻り、フロントＯ2ヒータ通電条件が成立するまで、このルーチンを繰り返す。

すなわち、Ｎｅ＞高回転の状態は排気温度が高温化されている可能性があり、ヒータ通電を行った場合、フロントＯ2センサ１０が破損する可能性がある。又、ＴＷ＜極低温判定値の状態では始動直後フロントＯ2センサ１０の空燃比を検知する素子部が結露している可能性があり、この状態でヒータ通電を行い、素子部を加熱すると素子部が損傷を受ける可能性がある。又、始動時判定フラグ＝１の始動前、或いはＶＢ≦過放電判定電圧の状態でヒータ通電を行った場合、バッテリ上がりを招く可能性がある。従って、このような運転状態のときは、フロントＯ2ヒータ通電条件不成立と判定する。

そして、ステップＳ１３へ進むと、始動時エンジン水温ＴＷＳに基づき、図５に示すフロントＯ2ヒータ通電テーブルを参照して、設定フロントＯ2ヒータ通電量（デューティ比）OXHTRDUTYFを設定する。同図に示すように、フロントＯ2ヒータ通電テーブルには、設定水温Ｔ１（例えば30〜40[℃]）以下でデューティ比１００％（最大電流）に設定され、設定水温Ｔ１以上で次第にデューティ比が０％に近づく値に設定された設定フロントＯ2ヒータ通電量OXHTRDUTYFが格納されている。従って、始動時エンジン水温ＴＷＳが設定水温Ｔ１以下のときは、フロントＯ2センサ１０のヒータ１０ａに対し、素子部が活性するまで最大電流が供給される。

次いで、ステップＳ１５へ進み、設定フロントＯ2ヒータ通電量OXHTRDUTYFにて、フロントＯ2ヒータ通電量ＦＤＵＴＹを設定し（ＦＤＵＴＹ←OXHTRDUTYF）、ステップＳ１６へ進み、今回設定したフロントＯ2ヒータ通電量ＦＤＵＴＹを、フロントＯ2センサ１０のヒータ１０ａへ出力する。すると、ヒータ１０ａが発熱し、フロントＯ2センサ１０の素子部が加熱される。

その後、ステップＳ１７へ進み、フロントＯ2センサ１０が活性したか否かを調べる。フロントＯ2センサ１０が活性したか否かは、例えばフロントＯ2ヒータ通電量ＦＤＵＴＹの積算値と、予め設定した活性判定積算値とを比較し、フロントＯ2ヒータ通電量ＦＤＵＴＹの積算値が活性判定用積算値を超えたとき活性と判定する。或いは、フロントＯ2センサ１０の出力値、或いは、メインフィードバック制御状態を調べ、フィードバックバックが開始されたとき活性と判定する。

ステップＳ１７で、フロントＯ2センサ１０が不活性と判断されたときは、ステップＳ１１へ戻り、ヒータ通電制御を継続する。一方、活性と判定されたときはヒータ予熱を終了し、ステップＳ１８へ進み、フロントＯ2ヒータ通電量ＦＤＵＴＹを予め設定した固定値ＣＯＮＳＴＦＤＵＴＹで設定して（ＦＤＵＴＹ←ＣＯＮＳＴＦＤＵＴＹ）、ルーチンを終了する。

その結果、フロントＯ2センサ１０が活性した後はヒータ１０ａの発熱により素子部が、常に一定の温度で加熱される。

このように、本形態では、エンジン始動時、フロントＯ2ヒータ通電条件成立と判定したときは、フロントＯ2センサ１０のヒータａに対し、直ちに通電を開始するようにしたので、フロントＯ2センサ１０が早期活性され、エンジン始動後、早期に空燃比フィードバックを開始させることができ、エンジン始動時のエミッション濃度を低減することができる。

次に、図４に示すリヤＯ2センサヒータ通電制御ルーチンについて説明する。このルーチンでは、先ず、ステップＳ２１で、始動時エンジン水温ＴＷＳに基づきリヤＯ2ヒータ通電テーブルを参照して、基本リヤＯ2ヒータ通電量HTRDUTYRを設定し、又、ステップＳ２２で、始動時エンジン水温ＴＷＳに基づきリヤＯ2ヒータ通電減算テーブルを参照して、リヤＯ2ヒータ通電減算値DECDUTYを設定する。

図６に示すように、リヤＯ2ヒータ通電テーブルに格納されている基本リヤＯ2ヒータ通電量HTRDUTYRは、設定水温Ｔ３（例えば50〜60[℃]）以下でデューティ比１００％（最大電流）に設定され、設定水温Ｔ３以上で次第にデューティ比が０％に近づく値に設定されている。

一方、同図に示すように、リヤＯ2ヒータ通電減算テーブルに格納されているリヤＯ2ヒータ通電減算値DECDUTYは、設定水温Ｔ２（例えば30〜40[℃]）以下では、始動時エンジン水温ＴＷＳが低温側へ移行するに従い、次第に０％に近づくデューテイ比が格納されており、更に、設定水温Ｔ２以上では急激に０％方向へ低下されたデューティ比が格納されている。

そして、ステップＳ２３へ進み、運転状態パラメータを読込む。この運転状態パラメータとしては、例えば、エンジン回転数Ｎｅ、吸入管圧力ＰＭ、エンジン水温ＴＷ、バッテリ電圧ＶＢ、始動時判定フラグXSTAの値がある。

そして、ステップＳ２４へ進み、ステップＳ２３で読込んだ運転状態パラメータに基づきリヤＯ2センサ１１に設けたヒータ１１ａに対するヒータ通電条件（リヤＯ2ヒータ通電条件）を調べる。

リヤＯ2ヒータ通電条件を判定するための運転状態パラメータには、リヤＯ2センサ１１自体を保護するためのパラメータと、バッテリ上がりを防止するためのパラメータとが有る。尚、この運転状態パラメータは、上述したフロントＯ2ヒータ通電条件を判定するための運転状態パラメータと同一であるため、説明を省略する。

そして、リヤＯ2ヒータ通電条件成立と判定したときはステップＳ２５へ進み、又、Ｏ2ヒータ通電条件不成立と判定したときは、ステップＳ２６へ分岐する。

ステップＳ２６へ分岐すると、リヤＯ2ヒータ通電量（デューティ比）ＲＤＵＴＹをクリアして（ＲＤＵＴＹ←０）、ステップＳ２３へ戻り、リヤＯ2ヒータ通電条件が成立するまで、このルーチンを繰り返す。

一方、ステップＳ２５へ進むと、基本リヤＯ2ヒータ通電量HTRDUTYRからリヤＯ2ヒータ通電減算値DECDUTYを減算した値で設定リヤＯ2ヒータ通電量OXHTRDUTYRを設定する（OXHTRDUTYR←HTRDUTYR−DECDUTY）。

次いで、ステップＳ２７へ進み、設定リヤＯ2ヒータ通電量OXHTRDUTYRにてリヤＯ2ヒータ通電量ＲＤＵＴＹを設定し（ＲＤＵＴＹ←OXHTRDUTYR）、ステップＳ２８で、今回設定したリヤＯ2ヒータ通電量ＲＤＵＴＹを、リヤＯ2センサ１１のヒータ１１ａへ出力する。すると、ヒータ１１ａが発熱し、リヤＯ2センサ１１の素子部が加熱される。

その後、ステップＳ２９へ進み、リヤＯ2ヒータ通電減算値DECDUTYによる設定リヤＯ2ヒータ通電量OXHTRDUTYRの制限を解除するか否かの解除条件を調べる。尚、本形態では、この減算値解除条件をフロントＯ2センサ１０が活性したか否かで判定している。

この場合、フロントＯ2センサ１０が活性したか否かは、上述したフロントＯ2センサ１０が活性したか否かを判定する条件と同じ条件で判定しても良いが、図３のステップＳ１７での判定結果を調べ、それに基づいて活性したか否かを判定するようにしても良い。

そして、フロントＯ2センサ１０が不活性と判断されたときは、減算値解除条件不成立と判定し、ステップＳ２３へ戻り、リヤＯ2ヒータ通電減算値DECDUTYによるヒータ通電減量を維持した状態でヒータ通電制御を行う。

その結果、リヤＯ2ヒータ通電量ＲＤＵＴＹは、フロントＯ2センサ１０が活性するまで、通常の基本リヤＯ2ヒータ通電量HTRDUTYRに対して、リヤＯ2ヒータ通電減算値DECDUTY分だけ小さい値に設定される。従って、エンジン始動時において、フロントＯ2センサ１０のヒータ１０ａとリヤＯ2センサ１１のヒータ１１ａとに対して、同時に高い値のヒータ電流が通電されることがなく、その分、オルタネータ２１の駆動によるエンジン負荷が軽減され、排気ガス排出量が低減される。

一方、ステップＳ２９において、フロントＯ2センサ１０が活性と判定されたときは、減算値解除条件成立と判定し、ステップＳ３０へ進む。

尚、本形態では、減算値解除条件を、フロントＯ2センサ１０が活性したか否かで判定しているが、減算値解除条件はフロントＯ2センサ１０の活性と同期させる必要はなく、他の減算値解除条件で判定するようにしても良い。他の減算値解除条件としては、以下のようなものがある。但し、減算値解除条件はこれに限定されず他の条件で判定するようにしても良い。

（１）空燃比に基づく減算値解除
始動後の空燃比が安定している運転領域では、空燃比をリッチにする必要がないので、リヤＯ2センサ１１のヒータ１１ａに通電し、それによりオルタネータ２１の発電負荷が増加しても、エミッション濃度は既に低減されているため、減算値解除が可能となる。

空燃比が安定したか否かを調べるパラメータとしては、燃料噴射量を補正する始動後燃料増量値を参照し、この値がある一定値以下に減少したとき減算値解除条件成立と判定する。或いは、フロントＯ2センサ１０の出力値に基づく空燃比フィードバック制御の作動状態を調べ、フィードバック制御が開始されたとき減算値解除条件成立と判定する。或いは、燃料噴射量を参照し、理論空燃比付近での制御が行われているときは減算値解除条件成立と判定する。或いは、フロント空燃比センサとして、フロントＯ2センサ１０に代え、排ガス中の空燃比に比例した電圧を出力するリニア空燃比センサが採用されている場合は、リニア空燃比センサで検出した空燃比を調べ、理論空燃比付近で空燃比フィードバック制御が行われている場合は、減算値解除条件成立と判定する。

（２）オルタネータの負荷に基づく減算値解除
始動後、排気ガス流量を低減するためにオルタネータ２１の発電量を制限してる場合、このオルタネータ２１の発電量を制限するパラメータを参照して減算値解除条件が成立しているか否かを調べる。

オルタネータ２１の発電量を制限するパラメータとしては、オルタネータ２１に設けた目標発電電圧を設定する入力端子（Ｃ端子）、或いは、フィールドコイルの通電・非通電を制御する端子（Ｌ端子）に印加される電圧或いは電流値があり、これらに対する制御値が通常の状態に復帰されたとき減算値解除条件成立と判定する。或いはバッテリ電圧、オルタネータ２１による発電電流量に基づき、バッテリ電圧、発電電流量が設定値以上のとき減算値解除条件成立と判定するようにしても良い。

（３）触媒出口付近の排気ガス温度に基づく減算値解除
触媒８の出口付近に排気温度センサが配設されているエンジンでは、この排気温度センサで検出した排気ガス温度に基づき触媒８の活性状態が推定できるため、排気ガス温度がある設定温度を超えたとき、減算値解除成立と判定する。

そして、ステップＳ２９で、減算値解除成立と判定して、ステップＳ３０へ進むと、リヤＯ2ヒータ通電減算値DECDUTYをデクリメントする（DECDUTY←DECDUTY−１）。従って、減算値解除成立後は、リヤＯ2ヒータ通電量ＲＤＵＴＹが急激に高い値に設定されることが無く段階的に上昇される。その結果、オルタネータ２１による発電負荷が急変せず、エンジン負荷の急変による排気エミッションの悪化を未然に防止することができる。

次いで、ステップＳ３１へ進み、リヤＯ2センサ１１が活性したか否かを調べる。リヤＯ2センサ１１が活性したか否かは、例えば、リヤＯ2ヒータ通電量ＲＤＵＴＹの積算値と、予め設定した活性判定積算値とを比較し、リヤＯ2ヒータ通電量ＲＤＵＴＹの積算値が活性判定用積算値を超えたとき活性と判定する。或いはリヤＯ2センサ１１の出力値、或いはサブフィードバック制御状態を調べ、フィードバック制御が開始されたとき活性と判定する。

そして、未だ活性していないと判定したときは、ステップＳ２３へ戻り、ヒータ通電制御を行う。

一方、活性と判定されたときは、ヒータ予熱を終了し、ステップＳ３２へ進み、リヤＯ2ヒータ通電量ＲＤＵＴＹを予め設定した固定値ＣＯＮＳＴＲＤＵＴＹで設定して（ＲＤＵＴＹ←ＣＯＮＳＴＲＤＵＴＹ）、ルーチンを終了する。

その結果、リヤＯ2センサ１１が活性した後はヒータ１１ａの発熱により素子部が、常に一定の温度で加熱される。

次に、図７に示すタイムチャートを参照して、上述した図３、図４に示すフローチャートに基づいて制御されるフロントＯ2センサ１０のヒータ１１ａとリヤＯ2センサ１１のヒータ１１ａとに対するヒータ通電について簡単に例示する。

先ず、エンジンが始動すると、時間ｔ１において、図７（ａ）に示すように、フロントＯ2センサ１０のヒータ１０ａに対して、始動時エンジン水温ＴＷＳに基づいて設定された設定フロントＯ2ヒータ通電量OXHTRDUTYFに基づくフロントＯ2ヒータ通電量ＦＤＵＴＹ（図においてはＦＤＵＴＹ＝１００％）が出力される。尚、このとき同図（ｂ）に示すように、燃料噴射量を増量補正する始動後燃料増量Ｋｓｔは所定値に設定される。又、同図（ｃ）に示すようにオルタネータ２１のＣ端子に対する制御量（デューティ比）ＣＤＵＴＹはデューティ比１００％の最低目標発電電圧（例えば12.8[V]）に設定される。

一方、図７（ｅ）に示すように、リヤＯ2センサ１１のヒータ１１ａに対して通電するリヤＯ2ヒータ通電量ＲＤＵＴＹは、始動時エンジン水温ＴＷＳに基づいて設定した基本リヤＯ2ヒータ通電量HTRDUTYRから、同じく始動時エンジン水温ＴＷＳに基づき設定したリヤＯ2ヒータ通電減算値DECDUTYを減算した値に制限される。リヤＯ2センサ１１のヒータ１１ａに対して通電するリヤＯ2ヒータ通電量ＲＤＵＴＹが制限されているので、相対的にオルタネータ２１の発電負荷、及びオルタネータ２１を駆動するエンジン負荷が軽減される。

そして、エンジン始動後のエンジン温度上昇に伴い、燃料の霧化が促進されるため、始動後燃料増量Ｋｓｔが時間の経過と共に減少され、更にオルタネータ２１のＣ端子に対する制御量ＣＤＵＴＹも次第に低下されて、目標発電電圧が次第に高く設定される。

その後、時間ｔ２において、同図（ａ）に示すように、フロントＯ2センサ１０が活性したと判定されたとき、フロントＯ2センサ１０のヒータ１０ａに対する予熱を終了し、フロントＯ2ヒータ通電量ＦＤＵＴＹを固定する。尚、図においては、フロントＯ2センサ１０の活性時期を、始動後燃料増量Ｋｓｔ、或いはオルタネータ２１のＣ端子に対する制御量ＣＤＵＴＹに基づいて判定している。

又、図においては、リヤＯ2センサ１１のヒータ１１ａに対するヒータ通電を制限するリヤＯ2ヒータ通電減算値DECDUTYは、フロントＯ2センサ１０の活性に同期させて解除するように設定されているため、リヤＯ2ヒータ通電減算値DECDUTYが所定演算周期毎に減少されるため、相対的にリヤＯ2ヒータ通電量ＲＤＵＴＹが増加される。その結果、リヤＯ2センサ１１の素子部の活性が促進される。

その後、リヤＯ2センサ１１が活性と判定されたとき、リヤＯ2センサ１１のヒータ１１ａに対する予熱を終了し、リヤＯ2ヒータ通電量ＲＤＵＴＹを固定する。

このように、本形態では、エンジン始動時、リヤＯ2センサ１１のヒータ１１ａに対するヒータ通電を制限し、オルタネータ２１の発電負荷を軽減するようにしたので、その分、始動時のエンジン負荷を軽減して、排気ガス排出量を低減することができる。

ところで、エンジン始動時においてリヤＯ2センサ１１のヒータ１１ａに対するヒータ通電を制限した場合、当然、リヤＯ2センサ１１が活性するまでにやや遅れが生じるが、フロントＯ2センサ１０のヒータ１０ａに対しては、ヒータ通電条件が満足された場合、直ちにヒータ通電されて加熱されるので、早期活性され空燃比フィードバック制御が開始される。

一方、触媒８は排気ガスの熱により温度上昇されて活性されるため、未だ活性しておらず、排気ガス温度の上昇に伴い次第に活性される。従って、リヤＯ2センサ１１は少なくとも触媒８が活性する迄に活性していればよいことになり、始動時にリヤＯ2センサ１１を直ちに活性させなくても空燃比制御性に悪影響を及ぼすことはない。

又、特開２００２−２７６４１４号公報に開示されているように、始動時はオルタネータによる発電を停止する場合、電流供給がバッテリのみとなるため電流不足となり易いが、本形態では、始動時においてはリヤＯ2センサ１１に対するヒータ通電量が制限されているため、相対的にフロントＯ2センサ１０への供給電流が確保し易くなる。従って、バッテリ容量を大型化すること無く早期活性化を実現することが可能となる。

尚、本発明は、上述した形態に限るものではなく、例えば両Ｏ2センサ１０，１１の少なくとも一方は、空燃比に比例した電圧を出力するリニア空燃比センサであっても良い。又、吸入管圧力センサ９に代えてエアクリーナ直下流に配設した吸入空気量センサを採用しても良い
更に、排気通路７に触媒８が複数配設されており、その各触媒８の上流側と下流側とに空燃比センサが各々配設されている場合、始動時においては、最上流に配設されている空燃比センサにのみフロントＯ2センサヒータ通電制御を適用し、その下流側に配設されている空燃比センサに対してはリヤＯ2センサヒータ通電制御を適用する。

排気制御装置を備えるエンジン制御系の概略構成図 始動判定ルーチンを示すフローチャート フロントＯ2センサヒータ通電制御ルーチンを示すフローチャート リヤＯ2センサヒータ通電制御ルーチンを示すフローチャート フロントＯ2ヒータ通電テーブルの説明図 リヤＯ2ヒータ通電テーブルとリヤＯ2ヒータ通電減算テーブルとの説明図 （ａ）はフロントＯ2センサに対するヒータ通電デューテイを示すタイムチャート、（ｂ）は燃料噴射量を増量補正する始動後燃料増量のタイムチャート、（ｃ）はオルタネータに対する制御量を示すタイムチャート、（ｄ）リヤＯ2センサに対するヒータ通電デューテイを示すタイムチャート

符号の説明

１…エンジン、７…排気通路、８…触媒、９…吸入管圧力センサ、１０…フロントＯ2センサ、１０ａ，１１ａ…ヒータ、１１…リヤＯ2センサ、１３…回転数センサ、１４…水温センサ、１５…バッテリ電圧センサ、２０…電子制御装置、２１…オルタネータ、DECDUTY…ヒータ通電減算値、HTRDUTYR…基本リヤＯ2ヒータ通電量、OXHTRDUTYF…フロントＯ2ヒータ通電量、OXHTRDUTYR…設定リヤＯ2ヒータ通電量、XSTA…始動時判定フラグ、ＦＤＵＴＹ…フロントＯ2ヒータ通電量、Ｋｓｔ…始動後燃料増量、Ｎｅ…エンジン回転数、ＰＭ…吸入管圧力、ＲＤＵＴＹ…リヤＯ2ヒータ通電量、ＶＢ…バッテリ電圧

代理人 弁理士 伊 藤 進

Claims (11)

1. 排気系に介装した触媒の上流と下流とに、ヒータを内蔵する空燃比センサを配設し、
   上記各空燃比センサで検出した排気ガス中の空燃比が目標空燃比に収束するようにフィードバック制御するエンジンの排気制御装置において、
   上記各空燃比センサに設けた上記各ヒータに対して通電し、該ヒータを発熱させるヒータ通電手段と、
   エンジン始動直後の上記触媒下流に配設した上記空燃比センサに内蔵する上記ヒータに対する通電量を制限するヒータ制限手段と
   を備えたことを特徴とするエンジンの排気制御装置。
2. 上記ヒータ制限手段は、エンジン運転状態に基づいて解除条件を判定し、解除条件が成立したとき上記通電量の制限を解除する
   ことを特徴とする請求項１記載のエンジンの排気制御装置。
3. 上記解除条件は、燃料噴射量を増量補正する始動後燃料増量に基づき、該始動後燃料増量が設定値以下のとき解除条件成立と判定する
   ことを特徴とする請求項２記載のエンジンの排気制御装置。
4. 上記解除条件は、上記触媒上流に配設した上記空燃比センサが活性したか否かを調べ、活性したと判定したとき解除条件成立と判定する
   ことを特徴とする請求項２記載のエンジンの排気制御装置。
5. 上記触媒上流に配設した上記空燃比センサの活性は、空燃比フィードバック制御が開始されたか否かで判定する
   ことを特徴とする請求項４記載のエンジンの排気制御装置。
6. 上記解除条件は、燃料噴射量に基づき、該燃料噴射量が安定したとき解除条件成立と判定する
   ことを特徴とする請求項２記載のエンジンの排気制御装置。
7. 上記解除条件は、上記触媒上流に配設した上記空燃比センサで検出した空燃比に基づき、該空燃比が安定したとき解除条件成立と判定する
   ことを特徴とする請求項２記載のエンジンの排気制御装置。
8. 上記解除条件は、オルタネータに対して設定する発電量に基づき、該発電量が設定値以上のとき解除条件成立と判定する
   ことを特徴とする請求項２記載のエンジンの排気制御装置。
9. 上記解除条件は、バッテリ電圧に基づき、該バッテリ電圧が設定値以上のとき解除条件成立と判定する
   ことを特徴とする請求項２記載のエンジンの排気制御装置。
10. 上記解除条件は、オルタネータの発電電流量に基づき、該発電電流量が設定値以上のとき解除条件成立と判定する
    ことを特徴とする請求項２記載のエンジンの排気制御装置。
11. 上記解除条件は、触媒下流の排気ガス温度に基づき、該排気ガス温度が設定温度以上のとき解除条件成立と判定する
    ことを特徴とする請求項２記載のエンジンの排気制御装置。

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