JP2008169772A - 空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エミッションを悪化させることなく空燃比制御できる空燃比制御装置を提供する。
【解決手段】床下触媒３８が配置される排気通路３２と、バイパス触媒３５が配置されるバイパス通路３１とを、排気通路３２の分岐部と合流部との間に設置される弁機構３７を開閉することで排出ガスの経路を切り換えるエンジンの空燃比制御装置において、弁機構閉弁時には、バイパス通路３１に設置される第１空燃比センサ３６の出力に基づいて空燃比を制御する第１空燃比制御手段Ｓ４と、弁機構開弁時には、弁機構３７よりも下流の排気通路３２に設置される第２空燃比センサ３９の出力に基づいて空燃比を制御する第２空燃比制御手段Ｓ９とを備える。そして、弁機構３７が閉弁状態から開弁状態へと切り換えられたときは、切り換えから所定期間経過後に第１空燃比制御手段Ｓ４による空燃比の制御から第２空燃比制御手段Ｓ９による空燃比の制御へと制御モードを切り換える。
【選択図】図３

Description

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。

車両のエンジンから流出した排気を浄化する床下触媒は、エンジンから離れた位置の排気通路に設置すると、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、この床下触媒を、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。

特許文献１に記載の発明では、排気通路のメイン通路の下流側に床下触媒を設置し、メイン触媒よりも上流側の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、排気の流れ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。これにより、床下触媒が活性するまでの間は排気をバイパス通路に流し、早期に活性化するバイパス触媒によって排気を浄化することで、車両の排気の浄化効率を向上させることができる。
特開平５−３２１６４４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発明では、排気がメイン通路を流れるように切換バルブを開弁すると、切換バルブの近傍のメイン通路内に滞留していた排気（以下「滞留ガス」という。）が下流に流れる。滞留ガスは、エンジンから排出された直後の排気と比較して低温であるので、切換バルブより下流に設置されている空燃比センサを冷却してしまう。その結果、空燃比センサの検出精度が悪化して、その検出値に基づいてエンジンの空燃比を制御すると正確な空燃比制御を行うことができず、エミッションが悪化するという問題が生じる。

そこで、本発明は、切換バルブが開弁した場合でも、エミッションを悪化させることなく空燃比制御できる空燃比制御装置を提供することを目的とする。

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。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。

本発明は、床下触媒（３８）が配置される排気通路（３２）と、バイパス触媒（３５）が配置され床下触媒上流側の排気通路（３２）から分岐して床下触媒下流側に合流するバイパス通路（３１）とを、排気通路（３２）の分岐部（３３）と合流部（３４）との間に設置される弁機構（３７）を開閉することで排出ガスの経路を切り換えるエンジンの空燃比制御装置において、弁機構（３７）の閉弁時には、バイパス通路（３１）に設置される第１空燃比センサ（３６）の出力に基づいて空燃比を制御する第１空燃比制御手段（Ｓ４）と、弁機構（３７）の開弁時には、弁機構（３７）よりも下流の排気通路（３２）に設置される第２空燃比センサ（３９）の出力に基づいて空燃比を制御する第２空燃比制御手段（Ｓ９）とを備え、弁機構（３７）が閉弁状態から開弁状態へと切り換えられたときは、切り換えから所定期間経過後に第１空燃比制御手段（Ｓ４）による空燃比の制御から第２空燃比制御手段（Ｓ９）による空燃比の制御へと制御モードを切り換える。

本発明によれば、弁機構が開弁してから所定期間経過後に、第１空燃比制御手段による空燃比の制御から第２空燃比制御手段による空燃比の制御へと制御モードを切り換える。そのため、滞留ガスが第２空燃比センサを通過した後に、第２空燃比センサの検出値に基づいてエンジンの空燃比を精度よく制御することができ、エミッションの悪化を抑制することができる。

（第１実施形態）
以下、図面を参照にして本発明の第１の実施の形態を説明する。

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の第１実施形態を示す図である。

空燃比制御装置１００は、エンジン１、吸気系２０及び排気系３０を備える。

エンジン１は、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とをシリンダヘッド１０に形成する。

シリンダヘッド１０は、図示しないピストンとシリンダブロックとによって、燃料を燃焼させる燃焼室１１を形成する。このシリンダヘッド１０には、吸気ポート１２内に突出するように燃料噴射弁１４が設置される。また、燃焼室１１の天井面側のシリンダヘッド１０には、燃焼室１１の内部に突出するように点火プラグ１５が設置される。

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。そして、この燃料と外部から取り込まれた吸気とによって混合気が形成される。

点火プラグ１５は、所定のタイミングで火花放電することによって燃焼室１１の内部の混合気に点火し、混合気を燃焼させる。

シリンダヘッド１０に形成される吸気ポート１２には、外部から新気を取り込む吸気系２０の吸気通路２１が接続する。吸気通路２１は、その途中にスロットルチャンバ２２とコレクタタンク２３とを備える。

スロットルチャンバ２２は、吸気通路２１の上流側に設けられる。このスロットルチャンバ２２には、吸気通路２１を流れる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。スロットルバルブ２４は、車両の運転状態に応じて、その開度を調整することで吸気量を制御する。

スロットルチャンバ２２の上流側の吸気通路２１には、エアフローメータ２５が設置される。エアフローメータ２５は、外部から取り込まれる新気の吸気量を検知する。また、スロットルバルブ２４の下流側の吸気通路２１にはコレクタタンク２３が設置される。このコレクタタンク２３は、上流から流れてきた吸気を一時的に蓄える。

一方、シリンダヘッド１０に形成される排気ポート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３１が接続する。排気系３０は、バイパス通路３１及びメイン通路３２を備える。

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合流部３４で再びメイン通路３２に合流する。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。

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。

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知し、酸素濃度に比例した出力を得ることができる。

一方、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。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。

切換バルブ３７は、メイン通路３２の分岐部３３と合流部３４との間に設置される。この切換バルブ３７は、車両の運転状況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排気通路を切り換える。

床下触媒３８は、合流部３４よりも下流のメイン通路３２に設置される。この床下触媒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。

第２空燃比センサ３９は、床下触媒３８の上流側のメイン通路３２に設置される。この第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。

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。
コントローラ４０には、エアフローメータ２５や第１及び第２空燃比センサ３６、３９等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。

このコントローラ４０は、後述するように、車両の運転状態に応じて切換バルブ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バイパス通路３１又はメイン通路３２に切り換える。また、コントローラ４０は、第１及び第２空燃比センサ３６、３９の出力値に基づいて、スロットルバルブ２４の開度や燃料噴射弁１４の燃料噴射量を調整し、エンジン１の空燃比を制御する。

図２は、エンジン１から排出される排気の流れを示す図である。図２（Ａ）は、切換バルブ３７が閉弁状態にあるときの排気の流れを示す。また、図２（Ｂ）は、切換バルブ３７が開弁状態にあるときの排気の流れを示す。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。

エンジン１の始動直後等のエンジン温度や排気温度が低い場合には、図２（Ａ）に示すように、切換バルブ３７は閉弁されており、メイン通路３２は遮断されている。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いるので、速やかに活性化し、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の下流側へ流れ、合流部３４からメイン通路３２に流れ込み、外部に放出される。

このように、切換バルブ３７が閉弁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スロットルバルブ開度や燃料噴射量を調整し、エンジン１の運転状態に応じて空燃比を制御する。

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や運転者がアクセル操作によってトルク要求して排気量が増加する場合には、図２（Ｂ）に示すように、切換バルブ３７を開弁する。

切換バルブ３７が開弁すると、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。そのため、高温の排気がバイパス触媒３５を通過することによるバイパス触媒３５の熱劣化が抑制される。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。

このように、切換バルブ３７が開弁している場合には、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。そのため、切換バルブ３７の開弁時には、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ことができる。そして、第２空燃比センサ３９の検出値に基づいて、エンジン１の運転状態に応じたスロットルバルブ開度や燃料噴射量に調整し、エンジン１の運転状況に応じて空燃比を制御する。

切換バルブ３７が閉弁状態にある場合に、切換バルブ３７の近傍のメイン通路３２の内部にエンジン１からの排気の一部が滞留する。滞留している排気（滞留ガス）は、その滞留時にメイン通路３２や切換バルブ３７を介して放熱するため、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。滞留ガスが切換バルブ３７などで冷却されると、滞留ガス中の水分が凝縮して切換バルブ３７などに付着し、切換バルブ３７が開弁した場合には、その水分が下流に流される。この水分が第２空燃比センサ３９に付着すると、第２空燃比センサ３９は急激に冷却して割れが生じてしまう。そこで、本発明では、第２空燃比センサ３９は、上記した水分が付着しにくい位置に設置する。

このように、水分が付着しにくい位置に第２空燃比センサ３９を設置しても、切換バルブ３７が閉弁状態から開弁されて低温の滞留ガスがメイン通路３２の下流の床下触媒３８に向けて流れると、第２空燃比センサ３９は冷却される。第２空燃比センサ３９が冷却されて活性温度以下になると、第２空燃比センサ３９の検出精度が悪化してしまい、このような状態で第１空燃比センサ３６から第２空燃比センサ３９に切り換えると、エンジン１の空燃比を正確に制御することができず、エミッションを悪化させるという問題が生じる。

そこで、本発明では、切換バルブ３７がメイン通路３２を開弁する場合には、制御モード判定を行った後に、第１空燃比センサ３６から第２空燃比センサ３９に切り換えることで、滞留ガスに起因するエミッションの悪化を抑制する。

ここで、コントローラ４０で行われる第１実施形態の空燃比制御装置１００の制御内容について、図３に基づいて説明する。

図３は、第１実施形態の空燃比制御装置１００の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の運転開始ともに実行され、一定周期、例えば１０ミリ秒周期のもとで、第２空燃比センサ３９による空燃比制御を開始するまで実施される。

ステップＳ１において、コントローラ４０は、切換バルブ３７がメイン通路３２を閉弁しているか否かを判断する。ここで、切換バルブ３７が閉弁状態にある場合にはステップＳ２に移り、切換バルブ３７が開弁状態にある場合にはステップＳ７に移る。

ステップＳ２において、コントローラ４０は、第１空燃比センサ３６と第２空燃比センサ３９を昇温する各ヒータへの通電をＯＮにする。このヒータによって第１及び第２空燃比センサ３６、３９を活性温度まで昇温させ、ステップＳ３に移る。

ステップＳ３において、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が活性したか否かを判断する。この活性判定は、空燃比センサ３６のセンサ素子温度に基づいて判断する。第１空燃比センサ３６が活性していると判断した場合にはステップＳ４に移る。第１空燃比センサ３６が活性していないと判断した場合には、第１及び第２空燃比センサ３６、３９のヒータをＯＮにしたまま、この処理を一旦抜ける。

ステップＳ４において、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エンジン１の空燃比を制御する。つまり、切換バルブ３７が閉弁している場合には、燃焼室１１からの排気はバイパス通路３１を流れるので、ステップＳ４ではバイパス通路３１に設置された第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エンジン１の運転状態に応じた空燃比に制御する。

ステップＳ５において、コントローラ４０は、床下触媒３８が活性しているか否かを、触媒温度に基づいて判断する。

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、合流部３４でメイン通路３２に流れ込む。そして、メイン通路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が活性温度にまで達している場合にはステップＳ６に移り、床下触媒３８が活性温度にまで達していない場合には、この処理を一旦抜ける。

床下触媒３８が活性している場合には、ステップＳ６において、コントローラ４０は、切換バルブ３７を閉弁状態から開弁し、排気が流れる通路を切り換える。なお、床下触媒３８が活性した場合だけでなく、運転者がアクセル操作によってトルク要求して排気量が増加する場合に切換バルブ３７を開弁するようにしてもよい。

ステップ７において、コントローラ４０は、第１空燃比センサ３６でエンジン１の空燃比を制御する第１空燃比モードであるのか、第２空燃比センサ３９でエンジン１の空燃比を制御する第２空燃比制御モードであるのかを判定する。この制御モード判定の詳細については後述する。

ステップＳ８において、コントローラ４０は、第２空燃比センサ制御モードか否かを判断する。ここで、第１空燃比センサ制御モードの場合には、ステップＳ１０に移る。ステップＳ１０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エンジン１の空燃比をフィードバック制御する。一方、第２空燃比センサ制御モードである場合には、ステップＳ９に移る。

ステップＳ９において、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スロットルバルブ開度及び燃料噴射量に調整し、エンジン１の運転状態に応じて空燃比を制御する。

第２空燃比センサ３９によってエンジン１の空燃比制御を開始した後は、ステップＳ１１において、第１空燃比センサ３６のヒータをＯＦＦにして処理を終了する。

次に、図４に従って制御モード判定について説明する。

図４は、ステップＳ７における制御モード判定の制御ルーチンを示すフローチャートである。

ステップＳ７１において、コントローラ４０は、切換バルブ３７の開弁後に、低温の滞留ガスがメイン通路３２に設置された空燃比センサ３９を通過したか否かを判断する。この判断は、切換バルブ３７が開弁してから、所定の基準値である滞留ガス通過時間を経過したか否かで判断する。基準値となる滞留ガス通過時間は、エンジン回転速度やエンジン負荷に基づいてメイン通路３２内の排気の排気流速を算出することによって決定する。

ここで、滞留ガス通過時間が経過している場合にはステップＳ７２に移る。また、滞留ガス経過時間が経過していない場合には、ステップＳ７５に移り、第１空燃比センサ制御モードに設定する。

ステップＳ７２において、コントローラ４０は、第２空燃比センサ３９が活性しているか否かを判断する。第２空燃比センサ３９の活性は、センサ素子温度に基づいて判断する。そして、第２空燃比センサ３９が活性している場合には、ステップＳ７３に移る。また、活性していない場合には、ステップＳ７５に移り、第１空燃比センサ制御モードに設定する。

ステップＳ７３において、コントローラ４０は、第１空燃比センサ３６の検出値（ＡＦ１）と第２空燃比センサ３９の検出値（ＡＦ２）とを比較する。

バイパス通路３１とメイン通路３２とは通路面積が異なるので、バイパス通路３１とメイン通路３２を流れる排気の排気流量も異なる。そのため、加減速時などエンジン１の空燃比変動が大きい場合には、ＡＦ１とＡＦ２の差が大きく異なることがあり、この状態で第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と、空燃比が急激に変化してエミッションが悪化する。

そのため、ステップＳ７３では、（１）式に示すように、ＡＦ１とＡＦ２の差の絶対値が、エミッションを悪化させないような値に設定された所定値（ＡＦＲ）以下であるかを判定する。
｜ＡＦ１−ＡＦ２｜≦ＡＦＲ・・・（１）
ＡＦ１：第１空燃比センサ３６の検出値
ＡＦ２：第２空燃比センサ３９の検出値
ＡＦＲ：所定値
そして、（１）式を満たす状態が一定時間継続している場合には、エンジン１の空燃比変動が安定しており、第１空燃比センサ３６から第２空燃比センサ３９に切り換えてもエミッションが悪化しないと判断し、ステップＳ７４に移って第２空燃比センサ制御モードに設定する。また、（１）式を満たす状態が一定時間継続しない場合には、空燃比センサを切り換えるとエミッションが悪化すると判断し、ステップＳ７５に移って第１空燃比センサ制御モードに設定する。

なお、上記した所定値（ＡＦＲ）は、車両の運転状態に応じて設定するようにしてもよい。例えば、切換バルブ３７が、車速変動が小さく空燃比変動が小さくなるような車両のアイドル時や定常走行時等に開弁される場合には第１の所定値（ＡＦＲ１）を設定し、車速変動量が大きく空燃比変動が大きくなるような車両の加減速時等に開弁される場合には第１の所定値よりも大きい第２の所定値（ＡＦＲ２）を選定するようにしてもよい。

そして、ステップ７１からステップ７５までにおいて制御モード判定を実行した後に、図３に示すステップＳ８に移る。

以上により、第１実施形態の空燃比制御装置１００は下記の効果を得ることができる。

切換バルブ３７の開弁時には、切換バルブ３７の近傍のメイン通路３２内に滞留していた低温の滞留ガスが第２空燃比センサ３９に向けて流れる。この滞留ガスは、エンジン１からの排出直後の排気と比べ低温であるので、滞留ガスの通過時に第２空燃比センサ３９のセンサ温度が低下し、第２空燃比センサ３９の検出精度が悪化する。このように第２空燃比センサの検出精度が悪化した状態で、エンジン１の空燃比を制御するとエミッションが悪化する。

第１実施形態では、切換バルブ３７が開弁された時に第１空燃比センサ３６から第２空燃比センサ３９に切り換えるために制御モード判定を行う。制御モード判定のステップＳ７２では、滞留ガスが通過した後に第２空燃比センサ３９が活性しているか否かを判定し、第２空燃比センサ３９が活性している場合に、第１空燃比センサ３６から第２空燃比センサ３９に切り換える。そのため、活性状態にある第２空燃比センサ３９の検出値に基づいてエンジン１の空燃比を正確に制御することができ、エミッションの悪化を抑制することができる。

また、滞留ガスが第２空燃比センサ３９を通過する前に、第１空燃比センサ３６から第２空燃比センサ３９に切り換えると、第２空燃比センサ３９はエンジン１の運転状況に対応していない滞留ガスの酸素濃度を検出してしまう。滞留ガスの酸素濃度に基づいてエンジン１の空燃比を制御すると、正確な空燃比制御ができず、エミッションが悪化する。第１実施形態の制御モード判定のステップＳ７１では、滞留ガスが空燃比センサ３９を通過した後に第１空燃比センサ３６から第２空燃比センサ３９に切り換えるので、第２空燃比センサ３９が滞留ガスの酸素濃度を検出することはない。そのため、第２空燃比センサ３９の検出値に基づいてエンジン１の空燃比を正確に制御することができ、エミッションの悪化を抑制することができる。

さらに、滞留ガスが第２空燃比センサ３９を通過し、第２空燃比センサ３９が活性した後であっても、エンジン１の空燃比変動が大きい場合などには、第１空燃比センサ３６と第２空燃比センサの検出値の差が大きく異なることがある。このような状態で第１空燃比センサ３６から第２空燃比センサ３９に切り換えると、エンジン１の空燃比が急激に変化し、エミッションが悪化するだけでなくトルクショックが生じてしまう。第１実施形態の制御モード判定のステップＳ７３では、第１及び第２空燃比センサ３６、３９の検出値の差の絶対値が所定値以下であって、その状態が一定時間継続した場合に、第１空燃比センサ３６から第２空燃比センサ３９に切り換える。そのため、空燃比センサを第２空燃比センサ３９に切り換えたことによるエミッションの悪化を抑制することができ、さらに空燃比の急激な変化によるトルクショックを抑制することができる。

（第２実施形態）
図５に従って、空燃比制御装置１００の第２実施形態を説明する。

第２実施形態の構成は、第１実施形態と基本構成はほぼ同様であるが、制御モード判定において一部相違する。つまり、車両が所定の運転状態にある場合には強制的に空燃比センサを切り換えるフェールセーフ機能を備え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。

図５は、第２実施形態における制御モード判定の制御ルーチンを示すフローチャートである。なお、ステップＳ７１からＳ７５の制御は、第１実施形態と同様であるため説明の便宜上省略する。

ステップＳ７３において、第１実施形態と同様に、第１空燃比センサ３６の検出値と第２空燃比センサ３９の検出値とを比較し、（１）式を満たす状態が所定時間経過したか否かを判断する。（１）式を満たす状態が所定時間継続する場合には、ステップＳ７５に移り、第２空燃比センサモードに設定する。しかし、（１）式を満たす状態が一定時間継続しない場合には、ステップＳ７６に移る。

ステップ７６において、コントローラ４０は、強制切換条件を満たしているか否かを判断する。

第１実施形態では、（１）式を満たす状態が所定時間継続しない場合には、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。しかし、切換バルブ３７の開弁時には、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を流れる排気は少ないので、空燃比の変動が大きい運転状態において、排気流量の少ないバイパス通路３１に設置された第１空燃比センサ３６では空燃比の変動を精度よく検出することができないことがある。

そこで、第２実施形態では、所定時間の経過後においても（１）式を満たす状態が一定時間継続していない場合には、ステップＳ７６で強制的に第１空燃比センサ３６から第２空燃比センサ３９に切り換えるフェールセーフ機能を備える。

（１）式を満たさない状態、つまり空燃比センサ３６の検出値と空燃比センサ３９の検出値との差が大きい場合には、第１空燃比センサ３６から第２空燃比センサ３９に切り換えると、空燃比が急激に変化し、この空燃比の変化によってトルクショックが生じるので乗り心地が悪化する。そのため、第２実施形態では、（１）式を満たしていなくても、所定時間経過後、車両の車速変動が大きい加減速時、ロックアップクラッチの開放時や車両が高負荷運転領域にある時等の運転者がトルクショックを感じにくい運転条件を選んで空燃比センサの強制切換を行う。

このように、ステップＳ３４において、コントローラ４０が強制切換条件を満たしていると判断した場合には、ステップＳ７５に移る。また、強制切換条件を満たしていない場合には、ステップＳ７４に移る。

ステップＳ３５では、コントローラ４０は、第２空燃比センサ制御モードに設定する。また、ステップＳ３６では、コントローラ４０は、第１空燃比センサ制御モードに設定する。

以上により、第２実施形態の空燃比制御装置１００は下記の効果を得ることができる。

第２実施形態では、切換バルブ３７が開弁された時に第１空燃比センサ３６から第２空燃比センサ３９に切り換える制御モード判定を行うので、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、制御モード判定において、（１）式を満たす条件が所定時間継続していない場合であっても、トルクショックが検知されにくい運転条件において強制的に第１空燃比センサ３６から第２空燃比センサ３９に切り換える。そのため、第１及び第２空燃比センサ３６、３９の検出値の差が大きい場合であっても、空燃比センサの切り換えに起因する乗り心地の悪化を抑制することができる。

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。

例えば、第１実施形態及び第２実施形態において、空燃比センサ３６、３９ではなく、酸素センサによって排気中の酸素濃度を検出し、その検出値に基づいてエンジン１の空燃比を制御するようにしてもよい。

エンジンの空燃比を制御する空燃比制御装置の第１実施形態を示す図である エンジンの燃焼室から排出される排気の流れを示す図である。 空燃比制御装置の制御を示すフローチャートである。 制御モード判定を示すフローチャートである。 第２実施形態の制御モード判定を示すフローチャートである。

符号の説明

１００ 空燃比制御装置
１ エンジン
１０ シリンダヘッド
１１ 燃焼室
１２ 吸気ポート
１３ 排気ポート
２０ 吸気系
２３ スロットルバルブ
３０ 排気系
３１ バイパス通路
３２ メイン通路（排気通路）
３３ 分岐部
３４ 合流部
３５ バイパス触媒
３６ 第１空燃比センサ
３７ 切換バルブ
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Ｓ４ 第１空燃比制御手段
ステップＳ７３ 継続時間判定手段
ステップＳ７６ 条件判定手段
ステップＳ９ 第２空燃比制御手段

Claims (10)

1. 床下触媒が配置される排気通路と、バイパス触媒が配置され前記床下触媒上流側の排気通路から分岐して前記床下触媒下流側に合流するバイパス通路とを、前記排気通路の分岐部と合流部との間に設置される弁機構を開閉することで排出ガスの経路を切り換えるエンジンの空燃比制御装置において、
   前記弁機構の閉弁時には、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第１空燃比制御手段と、
   前記弁機構の開弁時には、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第２空燃比制御手段とを備え、
   前記弁機構が閉弁状態から開弁状態へと切り換えられたときは、前記切り換えから所定期間経過後に前記第１空燃比制御手段による空燃比の制御から前記第２空燃比制御手段による空燃比の制御へと制御モードを切り換えることを特徴とする空燃比制御装置。
2. 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ていた排出ガスが前記第２空燃比センサを通過するまでの期間であることを特徴とする請求項１に記載の空燃比制御装置。
3. 前記弁機構が閉弁状態から開弁状態へと切り換えられ、かつ前記所定期間経過後に前記第２空燃比センサの活性判定を行う活性判定手段を備え、
   前記弁機構が閉弁状態から開弁状態へと切り換えられたときは、前記切り換えから所定期間経過後であって、かつ前記第２空燃比センサが活性したときに前記第１空燃比制御手段による空燃比の制御から前記第２空燃比制御手段による空燃比の制御へと制御モードを切り換えることを特徴とする請求項１又は２に記載の空燃比制御装置。
4. 前記活性判定の後に、第１空燃比センサ及び第２空燃比センサの検出値の差の絶対値が一定時間継続して所定値以下となっているか否かを判定する継続時間判定手段をさらに備え、
   前記第２空燃比センサが活性しており、第１空燃比センサ及び第２空燃比センサの検出値の差の絶対値が一定時間継続して所定値以下となっている場合に、前記第１空燃比制御手段による空燃比の制御から前記第２空燃比制御手段による空燃比の制御へと制御モードを切り換えることを特徴とする請求項３に記載の空燃比制御装置。
5. 前記継続時間判定手段は、前記所定値として、車速変動が小さい場合に第１の所定値を設定し、車速変動量が大きい場合には第１の所定値よりも大きい第２の所定値を設定する、
   ことを特徴とする請求項４に記載の空燃比制御装置。
6. 前記継続時間判定手段による判定後から所定時間経過し、車両が所定の運転状態にあるか否かを判定する条件判定手段をさらに備え、
   前記継続時間判定手段による判定後から所定時間経過し、かつ車両が所定の運転状態にある場合には、第１空燃比センサ及び第２空燃比センサの検出値の差の絶対値が一定時間継続して所定値以下となっていない場合であっても強制的に前記第１空燃比制御手段による空燃比の制御から前記第２空燃比制御手段による空燃比の制御へと制御モードを切り換える、
   ことを特徴とする請求項４又は５に記載の空燃比制御装置。
7. 前記所定の運転状態は、車速変動が大きい場合である、
   ことを特徴とする請求項６に記載の空燃比制御装置。
8. 前記所定の運転状態は、ロックアップクラッチが開放されている場合である、
   ことを特徴とする請求項６又は７に記載の空燃比制御装置。
9. 前記所定の運転状態は、高負荷運転時である、
   ことを特徴とする請求項６から８のいずれか一つに記載の空燃比制御装置。
10. 前記第１及び第２空燃比センサは、酸素センサである、
    ことを特徴とする請求項１から９のいずれか一つに記載の空燃比制御装置。