JP2008267235A5

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Publication number: JP2008267235A5
Application number: JP2007109700A
Authority: JP
Filing date: 2007-04-18
Publication date: 2009-10-22

Description

エンジン

本発明はエンジンにおける空燃比センサの制御技術に関し、詳しくは、エンジン始動時に空燃比センサ素子のクラックを防止する技術に関する。

従来、エンジンに供給される混合気の空燃比を、排気ガス中の酸素濃度に基づいて算出する技術が一般的に知られている。
この酸素濃度を計測するのが、所謂、空燃比センサ又は酸素センサと称されるもの（以下、単に「空燃比センサ」とする）であり、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）に接続されている。
前記ＥＣＵは、空燃比センサの検出結果と予め記憶されるデータやプログラムとに基づいて、スロットル弁や燃料制御弁等の開度を、アクチュエータを介して制御することによって、混合気の空燃比を適切な値となるように制御している( 例えば、「特許文献１」、「特許文献２」参照) 。
特開２００６−１２５３２６号公報特開２００６−１３２４８４号公報

そして、上記エンジンは最適な空燃比で運転を行う為、空燃比センサを採用したフィードバック制御を行っており、運転開始時の空燃比センサは暖機通電を所定時間行った後、定格通電を行っている（図１０参照）。その際、運転開始時に排気マニホールド内でドレン水が発生し、定格通電中の空燃比センサに付着する可能性がある。その際、急な温度変化によりセンサ素子にクラックが発生し空燃比センサの故障が発生する虞があった。

本発明は上記の課題を解決するために、エンジン始動時に、空燃比センサの温度を、空燃比センサ自身が有するヒータで目標温度まで上げてからフィードバック制御を行うことにより、センサ素子を十分温めることができてセンサ素子のクラックを防止できるエンジンを提供するものである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、ヒータを備える空燃比センサを排気マニホールドに配置し、前記空燃比センサと、始動手段と、点火プラグと、スロットル弁駆動手段と、燃料制御弁とを制御手段に接続し、前記空燃比センサの検出値に応じて空燃比をフィードバック制御するエンジンであって、冷却水温度検知手段を前記制御手段に接続し、始動時は、前記空燃比センサのヒータに所定時間暖気通電を行い、暖気通電の後に冷却水温度が目標温度未満の時は、目標温度になるまで前記空燃比センサのヒータに暖気通電し、冷却水温度が目標温度に達すると、前記空燃比センサのヒータに定格通電するように制御したものである。

請求項２においては、ヒータを備える空燃比センサを排気マニホールドに配置し、前記空燃比センサと、始動手段と、点火プラグと、スロットル弁駆動手段と、燃料制御弁とを制御手段に接続し、前記空燃比センサの検出値に応じて空燃比をフィードバック制御するエンジンであって、始動時から空燃比センサのヒータを暖気通電するとともに、始動時からエンジン出力を積算し、該積算エンジン出力が目標出力に達すると、空燃比センサのヒータを定格通電するように制御したものである。

請求項３においては、請求項２に記載のエンジンであって、スロットル開度検知手段と、燃料制御弁開度検知手段と、出力軸回転速度検知手段とを設けて制御手段と接続し、前記積算エンジン出力は、スロットル開度と、燃料制御弁開度と、出力軸回転速度より負荷を演算して得るものである。

請求項４においては、請求項２に記載のエンジンであって、スロットル開度検知手段を設けて制御手段と接続し、前記積算エンジン出力は、スロットル開度を積算して得るものである。

請求項５においては、請求項２に記載のエンジンであって、吸気マニホールドに圧力検知手段を設けて制御手段と接続し、前記積算エンジン出力は、吸気マニホールドの負圧を積算して得るものである。

請求項６においては、ヒータを備える空燃比センサを排気マニホールドに配置し、前記空燃比センサと、始動手段と、点火プラグと、スロットル弁駆動手段と、燃料制御弁とを制御手段に接続し、前記空燃比センサの検出値に応じて空燃比をフィードバック制御するエンジンであって、排気マニホールドに温度検出手段を設けて制御手段と接続し、始動時から空燃比センサのヒータを暖気通電するとともに、始動時より排気温度の上昇率が設定値より大きくなると、空燃比センサのヒータを定格通電するように制御したものである。

請求項７においては、ヒータを備える空燃比センサを排気マニホールドに配置し、前記空燃比センサと、始動手段と、点火プラグと、スロットル弁駆動手段と、燃料制御弁とを制御手段に接続し、前記空燃比センサの検出値に応じて空燃比をフィードバック制御するエンジンであって、排気マニホールドに温度検出手段を設けて制御手段と接続し、始動時から空燃比センサのヒータを暖気通電するとともに始動時より排気温度が設定値より大きくなると、空燃比センサのヒータを定格通電するように制御したものである。

請求項８においては、ヒータを備える空燃比センサを排気マニホールドに配置し、前記空燃比センサと、始動手段と、点火プラグと、スロットル弁駆動手段と、燃料制御弁とを制御手段に接続し、前記空燃比センサの検出値に応じて空燃比をフィードバック制御するエンジンであって、排気マニホールドに温度検出手段を設けて制御手段と接続し、始動時から空燃比センサのヒータを暖気通電するとともに、始動時より排気温度を積算し、該積算値が設定値より大きくなると、空燃比センサのヒータを定格通電するように制御したものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、エンジン始動時に空燃比センサの温度を、空燃比センサ自身が有するヒータで目標温度まで上げてからフィードバック制御を行うので、センサ素子を十分温めることができてセンサ素子のクラックを防止できる。

請求項２においては、エンジン出力の積算値で空燃比センサの通電を制御するので、空燃比センサの温度が十分温まった状態で検知することとなり、センサ素子のクラックを防止し、精度よく検知できる。

請求項３においては、エンジン負荷から積算出力を演算するので、容易に出力が演算できて、空燃比センサの通電も容易に制御できる。

請求項４においては、スロットル開度は直接検出できるため、スロットル開度の積算は容易にでき、プログラムが簡単となり、容易に制御できる。

請求項５においては、吸気マニホールドの負圧は直接検知できるため、負圧の積算が容易にでき、プログラムが簡単となり、容易に制御できる。

請求項６においては、排気温度の上昇率で空燃比センサの通電を制御するので、空燃比センサの周囲温度の変化が直接検知できて、精度よく検知でき、十分温まった状態で定格通電ができて、センサ素子のクラックを防止できる。

請求項７においては、排気温度で空燃比センサの通電を制御するので、空燃比センサの周囲温度を直接検知できて、精度よく検知でき、十分温まった状態で定格通電ができて、センサ素子のクラックを防止できる。

請求項８においては、排気温度の積算値で空燃比センサの通電を制御するので、排気温度の積算値は出力との相関があるため、精度よく検知でき、十分温まった状態で定格通電ができて、センサ素子のクラックを防止できる。

次に、発明の実施の形態を説明する。なお、本発明の技術的範囲は実施例に限定されるものではなく、本明細書及び図面に記載した事項から明らかになる本発明が真に意図する技術的思想の範囲全体に、広く及ぶものである。
図１は本発明の実施例１乃至実施例４に係る空燃比制御システムを示す模式図である。
図２は空燃比制御システムの実施例１に係る制御フロー図である。
図３は空燃比制御システムの実施例２に係る制御フロー図である。
図４は空燃比制御システムの実施例３に係る制御フロー図である。
図５は空燃比制御システムの実施例４に係る制御フロー図である。
図６は本発明の実施例５乃至実施例７に係る空燃比制御システムを示す模式図である。
図７は空燃比制御システムの実施例５に係る制御フロー図である。
図８は空燃比制御システムの実施例６に係る制御フロー図である。
図９は空燃比制御システムの実施例７に係る制御フロー図である。
図１０は空燃比制御システムの従来技術に係る制御フロー図である。

［実施例１・全体構成］
まず、図１を用いて本発明の実施例１に係る空燃比制御システム１の全体構成について説明する。本発明はガスエンジンに適用した実施例について説明する。

空燃比制御システム１は、エンジン２に供給される混合ガスの空燃比を制御するものであり、主にミキサ３、ヒータ４を備える空燃比センサ５、制御手段６及び始動手段７等を具備する。
ここで、本出願における「混合ガス」とは、空気と燃料とを混合したガスをいい、「空燃比」とは、混合ガスに含まれる空気と燃料の比をいう。

［エンジン２］
以下では、空燃比制御システム１が制御する対象であるエンジン２の詳細構成について説明する。
本実施例のエンジン２は、天然ガス等の気体状の燃料を用いるいわゆるガスエンジンであり、シリンダブロック２１、点火プラグ２２、吸気バルブ２３、排気バルブ２４、ピストン２５、クランク軸２６、回転数検出手段２７等を具備する。

シリンダブロック２１はエンジン２の構造体を成す部材であり、その内部に燃焼室２１ａが形成される。
燃焼室２１ａは混合ガスを燃焼させるための空間であり、吸気マニホールド２１ｂを介して吸気配管１１と、また排気マニホールド２１ｃを介して排気配管１３と連通されている。

前記シリンダブロック２１の周囲にはウォータージャケット２８が設けられ、このウォータージャケット２８の内部に冷却水を循環させることでシリンダブロック２１を冷却している。
このウォータージャケット２８には、冷却水の水温を検出する冷却水温度検知手段２９が配設され、後述する制御手段６に接続される。

吸気配管１１は、外部から空気を取り込み、該空気と燃料とを後述するミキサ３により混合して生成した混合ガスをエンジン２に供給するための配管である。吸気配管１１の一端には吸気配管１１内に導入される空気中に含まれる塵挨等を除去するためのエアクリーナ１２が設けられ、吸気配管１１の他端はエンジン２のシリンダブロック２１上部に設けた吸気マニホールド２１ｂに接続される。
また、吸気マニホールド２１ｂには、吸気マニホールド２１ｂ内の負圧を検出する圧力検知手段９が配設され、後述する制御手段６に接続される。

排気配管１３は、燃焼室２１ａで混合ガスが燃焼することにより生成する排気ガスをエンジン２の外部に排出するための配管である。排気配管１３の一端はエンジン２のシリンダブロック２１（排気マニホールド２１ｃ）に接続され、他端は図示せぬマフラーに接続される。

点火プラグ２２はシリンダブロック２１（シリンダヘッド）に設けられ、その先端部が燃焼室２１ａの内部に配置される。点火プラグ２２は火花を発生することにより、燃焼室２１ａに供給された混合ガスを燃焼させる。

吸気バルブ２３はシリンダブロック２１において燃焼室２１ａに臨んで設けられ、開閉動作を行うことにより吸気配管１１と燃焼室２１ａとの間を連通または閉塞する弁である。

排気バルブ２４はシリンダブロック２１において燃焼室２１ａに臨んで設けられ、開閉動作を行うことにより排気配管１３と燃焼室２１ａとの間を連通または閉塞する弁である。

ピストン２５は燃焼室２１ａの内周面に気密的に摺動することにより往復運動する部材である。ピストン２５は燃焼室２１ａに供給された混合ガスが燃焼し、膨張することにより下方（燃焼室２１ａの体積が大きくなる方）に摺動する。

クランク軸２６はピストン２５にコンロッドを介して連結し、シリンダブロックに回動可能に枢着された軸であり、ピストン２５の往復運動により回転運動する。

回転数検出手段２７はクランク軸２６の回転数、すなわちエンジン２の回転数を検出するものである。回転数検出手段２７の具体例としては、磁気ピックアップ式の回転数センサや、ロータリーエンコーダ等が挙げられる。

［ミキサ３］
以下では、ミキサ３の詳細構成について説明する。
ミキサ３は所望の空燃比の混合ガスを生成してエンジン２に供給するものである。
本実施例のミキサ３は、主に第一燃料供給配管３１、固定式燃料弁３２、ベンチュリ３３、第二燃料供給配管３４、燃料制御弁３５、スロットル弁３６、第三燃料供給配管３７、燃料増量弁３８等を具備する。

第一燃料供給配管３１は、燃料を吸気配管１１の内部に供給するための配管である。第一燃料供給配管３１の一端は吸気配管１１の中途部と接続され、他端は図示せぬ燃料供給部（燃料ポンプや燃料タンク等）と接続される。

固定式燃料弁３２は第一燃料供給配管３１の中途部に設けられる弁であり、該固定式燃料弁３２が設けられている部分における第一燃料供給配管３１の断面積を所定の断面積としている。
本実施例の場合、固定式燃料弁３２は第一燃料供給配管３１の中途部に設けられたフランジに螺装される。
固定式燃料弁３２は、組み立て時にそのねじ込み量を調整することにより固定式燃料弁３２が設けられている部分における第一燃料供給配管３１の断面積を所定の断面積に調整することができる。その後、固定式燃料弁３２は固定されて、固定式燃料弁３２が設けられている部分における第一燃料供給配管３１の断面積を所定の断面積に保持する。

ベンチュリ３３は吸気配管１１の内面、かつ、吸気配管１１と第一燃料供給配管３１との接続部分に設けられる。ベンチュリ３３は該ベンチュリ３３が設けられている部分を通過する空気の圧力を低下させることにより、第一燃料供給配管３１内の燃料との間に差圧を生じさせ、該燃料を第一燃料供給配管３１から吸気配管１１に供給する。その結果、混合ガスが生成される。

第二燃料供給配管３４は、第一燃料供給配管３１の中途部において固定式燃料弁３２よりも上流側となる部分と、第一燃料供給配管３１の中途部において固定式燃料弁３２よりも下流側となる部分と、を接続する配管である。

燃料制御弁３５は第二燃料供給配管３４の中途部に設けられ、その開度を０％から１００％の間で任意に変化させることにより第二燃料供給配管３４を通過する燃料の量、ひいては混合ガスに含まれる燃料の量、を調整する弁である。
なお、本明細書における「弁の開度」は、弁を閉じているときに０％とし、弁が完全に開いているとき、すなわち、弁を通過する気体や液体等の流体の流量が最大となるときに１００％とする。

ベンチュリ３３により第一燃料供給配管３１から吸気配管１１に供給される燃料の量は、燃料制御弁３５が閉じているときには固定式燃料弁３２を通過する燃料の量であり、燃料制御弁３５が所定の開度で開いているときには固定式燃料弁３２を通過する燃料の量と燃料制御弁３５を通過する燃料の量とを合わせたものである。
従って、本実施例のミキサ３は、ベンチュリ３３により第一燃料供給配管３１から吸気配管１１に供給される燃料の量を調整することが可能である。結果として、ミキサ３は所望の空燃比の混合ガスを生成してエンジン２に供給することが可能である。

スロットル弁３６は、吸気配管１１の中途部において、ベンチュリ３３が設けられている部分よりも下流側に設けられ、その開度を０％から１００％の間で任意に変化させることによりエンジン２への混合ガスの供給量を調整する弁である。

第三燃料供給配管３７は、第二燃料供給配管３４の中途部かつ燃料制御弁３５よりも上流側となる部分と、吸気配管１１の中途部かつスロットル弁３６よりも下流側となる部分と、を接続する配管である。

燃料増量弁３８は第三燃料供給配管３７の中途部に設けられ、その開度を０％から１００％の間で任意に変化させることが可能な弁である。

エンジン２に最終的に供給される混合ガスは、燃料増量弁３８が閉じているときには、ベンチュリ３３を通過する空気と、ベンチュリ３３により第一燃料供給配管３１から吸気配管１１に供給された燃料とが混合して生成された混合ガスである。
また、エンジン２に最終的に供給される混合ガスは、燃料増量弁３８が所定の開度で開いているときには、ベンチュリ３３を通過する空気と、ベンチュリ３３により第一燃料供給配管３１から吸気配管１１に供給された燃料とが混合して生成された混合ガスに、第三燃料供給配管３７から吸気配管１１に供給される燃料を混合した混合ガスである。
従って、本実施例のミキサ３は、最終的にエンジン２に供給される混合ガスに含まれる燃料の量を、燃料制御弁３５だけでなく、燃料増量弁３８によっても調整することが可能である。結果として、ミキサ３は所望の空燃比の混合ガスを生成してエンジン２に供給することが可能である。

本実施例のミキサ３は、エンジン２に供給される混合ガスに含まれる燃料の量、言い換えればエンジン２に供給される混合ガスの空燃比、を調整する手段として、燃料制御弁３５と燃料増量弁３８という二つの弁を具備している。
これは、空燃比制御システム１による空燃比制御の精度、すなわち、所望の空燃比を精度良く得ること及び追従性、すなわち、短時間で空燃比を大きく変化させること、を両立させるためである。
本実施例においては、開度が１００％のときに単位時間当たりに燃料が燃料制御弁３５を通過する量を小さく設定し、開度が１００％のときに単位時間当たりに燃料が燃料増量弁３８を通過する量を大きく設定している。
このように構成することにより、燃料制御弁３５の開度を変化させて混合ガスの空燃比を精度良く制御することが可能であり、燃料増量弁３８の開度を変化させて混合ガスの空燃比を短時間で大きく変化させることが可能である。
結果として、リーン領域から理論空燃比を経てリッチ領域までの広い範囲における単位時間当たりの空燃比の変化を容易とする、言い換えれば、空燃比制御の線形性を得ることとを容易としている。

なお、燃料制御弁３５のみでエンジン２に供給される混合ガスの空燃比制御に要求される精度及び追従性を両立させることが可能な場合には、第三燃料供給配管３７及び燃料増量弁３８を省略することが可能である。

［空燃比センサ５］
以下では、空燃比センサ５の詳細構成について説明する。
空燃比センサ５は排気ガスの酸素濃度を検出するものであり、本実施例では排気マニホールド２１ｃ（排気配管１３）に配置されている。
空燃比センサ５の具体例としては、ジルコニア等のセラミックスのように、酸素濃淡電池の原理により起電力を発生する固体電解質を用いたものが挙げられる。
このような空燃比センサ５には、その性質上排気ガス中の酸素濃度を精度良く検出可能な温度域が存在し、本実施例では空燃比センサ５の内部に備えられたヒータ４に対して暖機通電又は定格通電を行うことで、酸素濃度の検出精度を高めるための温度調節を行っている。

［制御手段６］
以下では、制御手段６の詳細構成について説明する。
制御手段６は、空燃比センサ５により検出された排気ガスの酸素濃度に基づいて、ミキサ３及びエンジン２の動作を制御する。制御手段６は、より具体的にはＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等がバスで接続される構成であっても良く、あるいは、ワンチップのＬＳＩ等からなる構成であっても良い。

本実施例の制御手段６は、冷却水温度検知手段２９及び空燃比センサ５と接続され、これらにより検出されるウォータージャケット２８における冷却水の温度、並びに排気ガスの酸素濃度を取得することが可能である。
また、制御手段６は、始動手段７、エンジン２の点火プラグ２２、吸気バルブ２３及び排気バルブ２４（より厳密には、吸気バルブ２３及び排気バルブ２４を開閉するためのアクチュエータ）、燃料制御弁３５、スロットル弁３６、燃料増量弁３８と接続される。
従って、制御手段６は、始動手段７をＯＮ・ＯＦＦすることによってエンジン２の始動・停止を制御し、さらに点火プラグ２２の点火及びそのタイミングの作動制御、吸気バルブ２３及び排気バルブ２４それぞれの開閉タイミングの作動制御、燃料制御弁３５、スロットル弁３６及び燃料増量弁３８のぞれぞれの開度の作動制御を行う、すなわち、ミキサ３及びエンジン２の動作を制御することが可能である。
また、制御手段６にはミキサ３及びエンジン２の動作を制御するための種々のプログラム、空燃比センサ５におけるヒータ４に暖機通電を行う所定時間、及びウォータージャケット２８における冷却水の目標温度ｔ℃等のデータが格納され、空燃比センサ５により検出される排気ガスの酸素濃度に基づいて、当該排気ガスの元となる混合ガスの空燃比を算出する。
そして、制御手段６は、例えばエンジン２が発電装置に具備される場合には、単位時間当たりの発電量を所望の値とする所定のエンジン２の回転数を維持するために、回転数検出手段２７により検出されるエンジン２の回転数が該所定のエンジン２の回転数よりも小さい場合にはスロットル弁３６の開度を大きくする等して、エンジン２の回転数を増加させる。

［制御方法］
次に、図１及び図２を用いて、空燃比制御システム１の、実施例１に係る空燃比センサ５の暖機制御方法について説明する。図１は本発明の実施例１乃至実施例４に係る空燃比制御システムを示す模式図、図２は空燃比制御システムの実施例１に係る制御フロー図である。当該制御方法は、制御手段６に格納されたプログラム及びデータ等により達成されるものである。

まず、始動手段７をＯＮし、エンジン２の運転を開始すると、ステップＳ１１に移行する。

ステップＳ１１において、空燃比センサ５に備えられたヒータ４に暖機通電が開始され、センサ素子が暖められる。

ステップＳ１２において、前記暖機通電が開始されてから所定時間が経過したか否かを判断する。所定時間を経過していればステップＳ１３に移行し、経過していなければステップＳ１１の処理を継続して行う。

ステップＳ１３において、冷却水温度検知手段２９で検出した冷却水の水温が、予め設定された目標温度ｔ℃に達したか否かを判断する。目標温度ｔ℃に達していればステップＳ１４に移行し、達していなければステップＳ１１及びステップＳ１２の処理を継続して行う。

ステップＳ１４において、空燃比センサ５に備えられたヒータ４に定格通電が開始される。

ステップＳ１５において、空燃比センサ５によって酸素濃度が検出され、制御手段６を介してフィードバックが開始される。

このように、ヒータ４を備える空燃比センサ５を排気マニホールド２１ｃに配置し、前記空燃比センサ５と、始動手段７と、点火プラグ２２と、スロットル弁３６と、燃料制御弁３５とを制御手段６に接続し、前記空燃比センサ５の検出値に応じて空燃比をフィードバック制御するエンジン２であって、冷却水温度検知手段２９を前記制御手段６に接続し、始動時は、前記空燃比センサ５のヒータ４に所定時間暖気通電を行い、暖気通電の後に冷却水温度が目標温度ｔ℃未満の時は、目標温度ｔ℃になるまで前記空燃比センサ５のヒータ４に暖気通電し、冷却水温度が目標温度ｔ℃に達すると、前記空燃比センサ５のヒータ４に定格通電するように制御される。

以上の如く構成することにより、空燃比制御システム１は、冷却水温度検知手段２９で検出された冷却水の温度が目標温度ｔ℃に達していなければ、即ち排気マニホールド２１ｃ周辺の温度が充分上がっていなければ、空燃比センサ５のヒータ４は暖機通電を継続し、冷却水の温度が目標温度ｔ℃に達していれば、即ち排気マニホールド２１ｃ周辺の温度が充分上がっていれば、空燃比センサ５のヒータ４は定格通電を開始することになる。

これにより、エンジン２始動時に空燃比センサ５の温度を、空燃比センサ５自身が有するヒータ４で目標温度ｔ℃まで上げてからフィードバック制御を行うので、センサ素子を十分温めることができてセンサ素子のクラックを防止できるのである。

［実施例２］
次に、図１及び図３を用いて、空燃比制御システム１の、実施例２に係る空燃比センサ５の暖機制御方法について説明する。図３は空燃比制御システムの実施例２に係る制御フロー図である。なお本実施例以降において説明する空燃比制御システム１の動作において、各実施例と共通する部分については、同符号を付してその説明を省略する。

本実施例における制御手段６は、燃料制御弁３５、スロットル弁３６、回転数検出手段２７及び空燃比センサ５と接続され、これらにより検出される燃料制御弁開度、スロットル開度、出力軸回転速度、並びに排気ガスの酸素濃度を取得することが可能である。そして、取得した燃料制御弁開度、スロットル開度、出力軸回転速度よりエンジン出力Ｐｅをｔ秒ごとに計算し、このｔ秒ごとのエンジン出力Ｐｅを積算することで積算エンジン出力Ｐｅ１を得るのである。
また、制御手段６にはミキサ３及びエンジン２の動作を制御するための種々のプログラム、エンジン２における目標出力Ｐｅｘ等のデータが格納され、空燃比センサ５により検出される排気ガスの酸素濃度に基づいて、当該排気ガスの元となる混合ガスの空燃比を算出する。

以下に、本実施例における制御フローについて説明する。
まず、始動手段７をＯＮし、エンジン２の運転を開始すると、ステップＳ２１に移行する。

ステップＳ２１において、空燃比センサ５に備えられたヒータ４に暖機通電が開始され、センサ素子が暖められる。

ステップＳ２２において、ｔ秒間で検出されたエンジン出力Ｐｅを積算エンジン出力Ｐｅ１に加える。

ステップＳ２３において、前記積算エンジン出力Ｐｅ１が、予め制御手段６に格納されているエンジン２における目標出力Ｐｅｘに達したか否かを判断する。目標出力Ｐｅｘに達していればステップＳ２４に移行し、達していなければステップＳ２２の処理を継続して行う。

ステップＳ２４において、空燃比センサ５に備えられたヒータ４に定格通電が開始される。

ステップＳ２５において、空燃比センサ５によって酸素濃度が検出され、制御手段６を介してフィードバックが開始される。

このように、ヒータ４を備える空燃比センサ５を排気マニホールド２１ｃに配置し、前記空燃比センサ５と、始動手段７と、点火プラグ２２と、スロットル弁３６と、燃料制御弁３５とを制御手段６に接続し、前記空燃比センサ５の検出値に応じて空燃比をフィードバック制御するエンジン２であって、始動時から空燃比センサ５のヒータを暖気通電するとともに、始動時からエンジン出力Ｐｅを積算し、該積算エンジン出力Ｐｅ１が目標出力Ｐｅｘに達すると、空燃比センサ５のヒータ４を定格通電するように制御される。
そして、図示しないスロットル開度検知手段と、燃料制御弁開度検知手段と、出力軸回転速度検知手段（回転数検出手段２７）は制御手段６と接続され、前記積算エンジン出力Ｐｅ１は、スロットル開度と、燃料制御弁開度と、出力軸回転速度より負荷を演算して得られるものである。なお、スロットル開度検知手段は角度センサ等で構成してスロットル弁３６の回動基部に配置される。燃料制御弁開度検知手段はストロークセンサ等で構成して燃料制御弁３５の摺動位置を検知する構成としている。

以上の如く構成することにより、空燃比制御システム１は、積算エンジン出力Ｐｅ１が目標出力Ｐｅｘに達していなければ、即ち排気マニホールド２１ｃ周辺の温度が充分上がっていなければ、空燃比センサ５のヒータ４は暖機通電を継続し、積算エンジン出力Ｐｅ１が目標出力Ｐｅｘに達していれば、即ち排気マニホールド２１ｃ周辺の温度が充分上がっていれば、空燃比センサ５のヒータ４は定格通電を開始することになる。

これにより、エンジン出力Ｐｅの積算値Ｐｅ１で空燃比センサ５の通電を制御するので、空燃比センサ５の温度が十分温まった状態で検知することとなり、センサ素子のクラックを防止し、精度よく検知できる。また、エンジン負荷から積算エンジン出力Ｐｅ１を演算するので、容易に出力が演算できて、空燃比センサ５の通電も容易に制御できる。

［実施例３］
次に、図１及び図４を用いて、空燃比制御システム１の、実施例３に係る空燃比センサ５の暖機制御方法について説明する。図４は空燃比制御システムの実施例３に係る制御フロー図である。

本実施例における制御手段６は、スロットル弁３６及び空燃比センサ５と接続され、これらにより検出されるスロットル開度ＴＨＭ、並びに排気ガスの酸素濃度を取得することが可能である。そして、ｔ秒ごとに取得したスロットル開度ＴＨＭを積算することで積算スロットル開度ＴＨＭ１を得るのである。
また、制御手段６にはミキサ３及びエンジン２の動作を制御するための種々のプログラム、スロットル開度の目標値ＴＨＭｘ等のデータが格納され、空燃比センサ５により検出される排気ガスの酸素濃度に基づいて、当該排気ガスの元となる混合ガスの空燃比を算出する。

以下に、本実施例における制御フローについて説明する。
まず、始動手段７をＯＮし、エンジン２の運転を開始すると、ステップＳ３１に移行する。

ステップＳ３１において、空燃比センサ５に備えられたヒータ４に暖機通電が開始され、センサ素子が暖められる。

ステップＳ３２において、ｔ秒間で検出されたスロットル開度ＴＨＭを積算スロットル開度ＴＨＭ１に加える。

ステップＳ３３において、前記積算スロットル開度ＴＨＭ１が、予め制御手段６に格納されているスロットル開度の目標値ＴＨＭｘに達したか否かを判断する。目標値ＴＨＭｘに達していればステップＳ３４に移行し、達していなければステップＳ３２の処理を継続して行う。

ステップＳ３４において、空燃比センサ５に備えられたヒータ４に定格通電が開始される。

ステップＳ３５において、空燃比センサ５によって酸素濃度が検出され、制御手段６を介してフィードバックが開始される。

このように、ヒータ４を備える空燃比センサ５を排気マニホールド２１ｃに配置し、前記空燃比センサ５と、始動手段７と、点火プラグ２２と、スロットル弁３６と、燃料制御弁３５とを制御手段６に接続し、前記空燃比センサ５の検出値に応じて空燃比をフィードバック制御するエンジン２であって、始動時から空燃比センサ５のヒータを暖気通電するとともに、始動時からスロットル開度ＴＨＭを積算し、該積算スロットル開度ＴＨＭ１が目標値ＴＨＭｘに達すると、空燃比センサ５のヒータ４を定格通電するように制御される。

以上の如く構成することにより、空燃比制御システム１は、積算スロットル開度ＴＨＭ１が目標値ＴＨＭｘに達していなければ、即ちエンジン２の出力が不十分であって排気マニホールド２１ｃ周辺の温度が充分上がっていなければ、空燃比センサ５のヒータ４は暖機通電を継続する。積算スロットル開度ＴＨＭ１が目標値ＴＨＭｘに達していれば、即ちエンジン２の出力が十分であって排気マニホールド２１ｃ周辺の温度が充分上がっていれば、空燃比センサ５のヒータ４は定格通電を開始することになる。

これにより、スロットル開度ＴＨＭの積算値ＴＨＭ１で空燃比センサ５の通電を制御するので、空燃比センサ５の温度が十分温まった状態で検知することとなり、センサ素子のクラックを防止し、精度よく検知できる。また、スロットル開度ＴＨＭは直接検出できるため、スロットル開度ＴＨＭの積算は容易にでき、プログラムが簡単となり、容易に制御できる。

［実施例４］
次に、図１及び図５を用いて、空燃比制御システム１の、実施例４に係る空燃比センサ５の暖機制御方法について説明する。図５は空燃比制御システムの実施例４に係る制御フロー図である。

本実施例における制御手段６は、圧力検知手段９及び空燃比センサ５と接続され、これらにより検出される吸気マニホールド２１ｂ内の負圧Ｐｓｕｃ並びに排気ガスの酸素濃度を取得することが可能である。そして、ｔ秒ごとに取得した負圧Ｐｓｕｃを積算することで積算負圧Ｐｓｕｃ１を得るのである。
また、制御手段６にはミキサ３及びエンジン２の動作を制御するための種々のプログラム、吸気マニホールド２１ｂ負圧の目標値Ｐｓｕｃｘ等のデータが格納され、空燃比センサ５により検出される排気ガスの酸素濃度に基づいて、当該排気ガスの元となる混合ガスの空燃比を算出する。

以下に、本実施例における制御フローについて説明する。
まず、始動手段７をＯＮし、エンジン２の運転を開始すると、ステップＳ４１に移行する。

ステップＳ４１において、空燃比センサ５に備えられたヒータ４に暖機通電が開始され、センサ素子が暖められる。

ステップＳ４２において、ｔ秒間で検出された吸気マニホールド２１ｂ内の負圧Ｐｓｕｃを積算負圧Ｐｓｕｃ１に加える。

ステップＳ４３において、前記積算負圧Ｐｓｕｃ１が、予め制御手段６に格納されている吸気マニホールド２１ｂ負圧の目標値Ｐｓｕｃｘに達したか否かを判断する。目標値Ｐｓｕｃｘに達していればステップＳ４４に移行し、達していなければステップＳ４２の処理を継続して行う。

ステップＳ４４において、空燃比センサ５に備えられたヒータ４に定格通電が開始される。

ステップＳ４５において、空燃比センサ５によって酸素濃度が検出され、制御手段６を介してフィードバックが開始される。

このように、ヒータ４を備える空燃比センサ５を排気マニホールド２１ｃに配置し、前記空燃比センサ５と、始動手段７と、点火プラグ２２と、スロットル弁３６と、燃料制御弁３５とを制御手段６に接続し、前記空燃比センサ５の検出値に応じて空燃比をフィードバック制御するエンジン２であって、始動時から空燃比センサ５のヒータを暖気通電するとともに、始動時から吸気マニホールド２１ｂ内の負圧Ｐｓｕｃを積算し、該積算負圧Ｐｓｕｃ１が目標値Ｐｓｕｃｘに達すると、空燃比センサ５のヒータ４を定格通電するように制御される。

以上の如く構成することにより、空燃比制御システム１は、積算負圧Ｐｓｕｃ１が目標値Ｐｓｕｃｘに達していなければ、即ちエンジン２の出力が不十分であって排気マニホールド２１ｃ周辺の温度が充分上がっていなければ、空燃比センサ５のヒータ４は暖機通電を継続する。積算負圧Ｐｓｕｃ１が目標値Ｐｓｕｃｘに達していれば、即ちエンジン２の出力が十分であって排気マニホールド２１ｃ周辺の温度が充分上がっていれば、空燃比センサ５のヒータ４は定格通電を開始することになる。

これにより、吸気マニホールド２１ｂ内の負圧Ｐｓｕｃの積算値Ｐｓｕｃ１で空燃比センサ５の通電を制御するので、空燃比センサ５の温度が十分温まった状態で検知することとなり、センサ素子のクラックを防止し、精度よく検知できる。また、吸気マニホールド２１ｂの負圧は直接検知できるため、負圧の積算が容易にでき、プログラムが簡単となり、容易に制御できる。

［実施例５］
次に、図６及び図７を用いて、空燃比制御システム１の、実施例５に係る空燃比センサ５の暖機制御方法について説明する。図６は本発明の実施例５乃至実施例７に係る空燃比制御システムを示す模式図、図７は空燃比制御システムの実施例５に係る制御フロー図である。

実施例５乃至実施例７における空燃比制御システム１については、図６に示すように排気マニホールド２１ｃに温度検出手段８が設けられている。
そして、本実施例における制御手段６は、この温度検出手段８及び空燃比センサ５と接続され、これらにより検出される排気温度ｔ並びに排気ガスの酸素濃度を取得することが可能である。そして、前記排気温度ｔと、ｘ秒後に取得した排気温度ｔｘとの比である排気温度上昇率△ｔを算出するのである。
また、制御手段６にはミキサ３及びエンジン２の動作を制御するための種々のプログラム、排気温度の目標上昇率Ｙ等のデータが格納され、空燃比センサ５により検出される排気ガスの酸素濃度に基づいて、当該排気ガスの元となる混合ガスの空燃比を算出する。

以下に、本実施例における制御フローについて説明する。
まず、始動手段７をＯＮし、エンジン２の運転を開始すると、ステップＳ５１に移行する。

ステップＳ５１において、空燃比センサ５に備えられたヒータ４に暖機通電が開始され、センサ素子が暖められる。

ステップＳ５２において、排気温度ｔと、ｘ秒後に取得した排気温度ｔｘとの比である排気温度上昇率△ｔを算出する。

ステップＳ５３において、前記排気温度上昇率△ｔが、予め制御手段６に格納されている排気温度の目標上昇率Ｙに達したか否かを判断する。目標上昇率Ｙに達していればステップＳ５４に移行し、達していなければステップＳ５２の処理を継続して行う。

ステップＳ５４において、空燃比センサ５に備えられたヒータ４に定格通電が開始される。

ステップＳ５５において、空燃比センサ５によって酸素濃度が検出され、制御手段６を介してフィードバックが開始される。

このように、ヒータ４を備える空燃比センサ５を排気マニホールド２１ｃに配置し、前記空燃比センサ５と、始動手段７と、点火プラグ２２と、スロットル弁３６と、燃料制御弁３５とを制御手段６に接続し、前記空燃比センサ５の検出値に応じて空燃比をフィードバック制御するエンジン２であって、排気マニホールド２１ｃに温度検出手段８を設けて制御手段６と接続し、始動時から空燃比センサ５のヒータ４を暖気通電するとともに、始動時より排気温度上昇率△ｔが目標上昇率Ｙより大きくなると、空燃比センサ５のヒータ４を定格通電するように制御される。

以上の如く構成することにより、空燃比制御システム１は、排気温度上昇率△ｔが目標上昇率Ｙに達していなければ、即ちエンジン２の出力が不十分であって排気マニホールド２１ｃ周辺の温度が充分上がっていなければ、空燃比センサ５のヒータ４は暖機通電を継続する。排気温度上昇率△ｔが目標上昇率Ｙに達していれば、即ちエンジン２の出力が十分であって排気マニホールド２１ｃ周辺の温度が充分上がっていれば、空燃比センサ５のヒータ４は定格通電を開始することになる。

これにより、排気温度上昇率△ｔで空燃比センサ５の通電を制御するので、空燃比センサ５の周囲温度の変化が直接検知できて、精度よく検知でき、十分温まった状態で定格通電ができて、センサ素子のクラックを防止できる。

［実施例６］
次に、図６及び図８を用いて、空燃比制御システム１の、実施例６に係る空燃比センサ５の暖機制御方法について説明する。図８は空燃比制御システムの実施例６に係る制御フロー図である。

本実施例における制御手段６にはミキサ３及びエンジン２の動作を制御するための種々のプログラム、排気ガスの目標温度Ｙ等のデータが格納され、空燃比センサ５により検出される排気ガスの酸素濃度に基づいて、当該排気ガスの元となる混合ガスの空燃比を算出する。

以下に、本実施例における制御フローについて説明する。
まず、始動手段７をＯＮし、エンジン２の運転を開始すると、ステップＳ６１に移行する。

ステップＳ６１において、空燃比センサ５に備えられたヒータ４に暖機通電が開始され、センサ素子が暖められる。

ステップＳ６２において、前記排気温度ｔが、予め制御手段６に格納されている排気ガスの目標温度Ｙに達したか否かを判断する。目標温度Ｙに達していればステップＳ６３に移行し、達していなければステップＳ６１の処理を継続して行う。

ステップＳ６３において、空燃比センサ５に備えられたヒータ４に定格通電が開始される。

ステップＳ６４において、空燃比センサ５によって酸素濃度が検出され、制御手段６を介してフィードバックが開始される。

このように、ヒータ４を備える空燃比センサ５を排気マニホールド２１ｃに配置し、前記空燃比センサ５と、始動手段７と、点火プラグ２２と、スロットル弁３６と、燃料制御弁３５とを制御手段６に接続し、前記空燃比センサ５の検出値に応じて空燃比をフィードバック制御するエンジン２であって、排気マニホールド２１ｃに温度検出手段８を設けて制御手段６と接続し、始動時から空燃比センサ５のヒータ４を暖気通電するとともに、始動時より排気温度ｔが目標温度Ｙより大きくなると、空燃比センサ５のヒータ４を定格通電するように制御される。

以上の如く構成することにより、空燃比制御システム１は、排気温度ｔが目標温度Ｙに達していなければ、即ちエンジン２の出力が不十分であって排気マニホールド２１ｃ周辺の温度が充分上がっていなければ、空燃比センサ５のヒータ４は暖機通電を継続する。排気温度ｔが目標温度Ｙに達していれば、即ちエンジン２の出力が十分であって排気マニホールド２１ｃ周辺の温度が充分上がっていれば、空燃比センサ５のヒータ４は定格通電を開始することになる。

これにより、排気温度ｔで空燃比センサ５の通電を制御するので、空燃比センサ５の周囲温度の変化が直接検知できて、精度よく検知でき、十分温まった状態で定格通電ができて、センサ素子のクラックを防止できる。
［実施例７］
次に、図６及び図９を用いて、空燃比制御システム１の、実施例７に係る空燃比センサ５の暖機制御方法について説明する。図９は空燃比制御システムの実施例７に係る制御フロー図である。

そして、本実施例における制御手段６は、Ｔ秒ごとに取得した排気温度ｔを積算することで積算排気温度ｔ１を得るのである。
また、制御手段６にはミキサ３及びエンジン２の動作を制御するための種々のプログラム、積算排気温度の目標値ｔｘ等のデータが格納され、空燃比センサ５により検出される排気ガスの酸素濃度に基づいて、当該排気ガスの元となる混合ガスの空燃比を算出する。

ステップＳ７１において、空燃比センサ５に備えられたヒータ４に暖機通電が開始され、センサ素子が暖められる。

ステップＳ７２において、Ｔ秒間で検出された排気温度ｔを積算排気温度ｔ１に加える。

ステップＳ７３において、前記積算排気温度ｔ１が、予め制御手段６に格納されている積算排気温度の目標値ｔｘに達したか否かを判断する。目標値目標値ｔｘに達していればステップＳ７４に移行し、達していなければステップＳ７２の処理を継続して行う。

ステップＳ７４において、空燃比センサ５に備えられたヒータ４に定格通電が開始される。

ステップＳ７５において、空燃比センサ５によって酸素濃度が検出され、制御手段６を介してフィードバックが開始される。

このように、ヒータ４を備える空燃比センサ５を排気マニホールド２１ｃに配置し、前記空燃比センサ５と、始動手段７と、点火プラグ２２と、スロットル弁３６と、燃料制御弁３５とを制御手段６に接続し、前記空燃比センサ５の検出値に応じて空燃比をフィードバック制御するエンジン２であって、排気マニホールド２１ｃに温度検出手段８を設けて制御手段６と接続し、始動時から空燃比センサ５のヒータ４を暖気通電するとともに、始動時より排気温度ｔを積算し、該積算値ｔ１が目標値ｔｘより大きくなると、空燃比センサ５のヒータを定格通電するように制御される。

以上の如く構成することにより、空燃比制御システム１は、積算排気温度ｔ１が目標温度ｔｘに達していなければ、即ちエンジン２の出力が不十分であって排気マニホールド２１ｃ周辺の温度が充分上がっていなければ、空燃比センサ５のヒータ４は暖機通電を継続する。積算排気温度ｔ１が目標温度ｔｘに達していれば、即ちエンジン２の出力が十分であって排気マニホールド２１ｃ周辺の温度が充分上がっていれば、空燃比センサ５のヒータ４は定格通電を開始することになる。

これにより、排気温度ｔの積算値ｔ１で空燃比センサ５の通電を制御するので、空燃比センサ５の周囲温度の変化が直接検知できて、精度よく検知でき、十分温まった状態で定格通電ができて、センサ素子のクラックを防止できる。

本発明の実施例１乃至実施例４に係る空燃比制御システムを示す模式図。空燃比制御システムの実施例１に係る制御フロー図。空燃比制御システムの実施例２に係る制御フロー図。空燃比制御システムの実施例３に係る制御フロー図。空燃比制御システムの実施例４に係る制御フロー図。本発明の実施例５乃至実施例７に係る空燃比制御システムを示す模式図。空燃比制御システムの実施例５に係る制御フロー図。空燃比制御システムの実施例６に係る制御フロー図。空燃比制御システムの実施例７に係る制御フロー図。空燃比制御システムの従来技術に係る制御フロー図。

１空燃比制御システム
２エンジン
３ミキサ
４ヒータ
５空燃比センサ
６制御手段
７始動手段
８温度検出手段
９圧力検知手段

Claims

ヒータを備える空燃比センサを排気マニホールドに配置し、
前記空燃比センサと、始動手段と、点火プラグと、スロットル弁駆動手段と、燃料制御弁とを制御手段に接続し、
前記空燃比センサの検出値に応じて空燃比をフィードバック制御するエンジンであって、
冷却水温度検知手段を前記制御手段に接続し、
始動時は、前記空燃比センサのヒータに所定時間暖気通電を行い、
暖気通電の後に冷却水温度が目標温度未満の時は、目標温度になるまで前記空燃比センサのヒータに暖気通電し、
冷却水温度が目標温度に達すると、前記空燃比センサのヒータに定格通電するように制御したことを特徴とするエンジン。
ヒータを備える空燃比センサを排気マニホールドに配置し、
前記空燃比センサと、始動手段と、点火プラグと、スロットル弁駆動手段と、燃料制御弁とを制御手段に接続し、
前記空燃比センサの検出値に応じて空燃比をフィードバック制御するエンジンであって、
始動時から空燃比センサのヒータを暖気通電するとともに、始動時からエンジン出力を積算し、
該積算エンジン出力が目標出力に達すると、空燃比センサのヒータを定格通電するように制御したことを特徴とするエンジン。
請求項２に記載のエンジンであって、
スロットル開度検知手段と、燃料制御弁開度検知手段と、出力軸回転速度検知手段とを設けて制御手段と接続し、
前記積算エンジン出力は、スロットル開度と、燃料制御弁開度と、出力軸回転速度より負荷を演算して得ることを特徴とするエンジン。
請求項２に記載のエンジンであって、
スロットル開度検知手段を設けて制御手段と接続し、
前記積算エンジン出力は、スロットル開度を積算して得ることを特徴とするエンジン。
請求項２に記載のエンジンであって、
吸気マニホールドに圧力検知手段を設けて制御手段と接続し、
前記積算エンジン出力は、吸気マニホールドの負圧を積算して得ることを特徴とするエンジン。
ヒータを備える空燃比センサを排気マニホールドに配置し、
前記空燃比センサと、始動手段と、点火プラグと、スロットル弁駆動手段と、燃料制御弁とを制御手段に接続し、
前記空燃比センサの検出値に応じて空燃比をフィードバック制御するエンジンであって、
排気マニホールドに温度検出手段を設けて制御手段と接続し、
始動時から空燃比センサのヒータを暖気通電するとともに、
始動時より排気温度の上昇率が設定値より大きくなると、空燃比センサのヒータを定格通電するように制御したことを特徴とするエンジン。
ヒータを備える空燃比センサを排気マニホールドに配置し、
前記空燃比センサと、始動手段と、点火プラグと、スロットル弁駆動手段と、燃料制御弁とを制御手段に接続し、
前記空燃比センサの検出値に応じて空燃比をフィードバック制御するエンジンであって、
排気マニホールドに温度検出手段を設けて制御手段と接続し、
始動時から空燃比センサのヒータを暖気通電するとともに
始動時より排気温度が設定値より大きくなると、空燃比センサのヒータを定格通電するように制御したことを特徴とするエンジン。
ヒータを備える空燃比センサを排気マニホールドに配置し、
前記空燃比センサと、始動手段と、点火プラグと、スロットル弁駆動手段と、燃料制御弁とを制御手段に接続し、
前記空燃比センサの検出値に応じて空燃比をフィードバック制御するエンジンであって、
排気マニホールドに温度検出手段を設けて制御手段と接続し、
始動時から空燃比センサのヒータを暖気通電するとともに、
始動時より排気温度を積算し、該積算値が設定値より大きくなると、空燃比センサのヒータを定格通電するように制御したことを特徴とするエンジン。