JP2010077848A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 排気センサの素子割れを防止しつつ、エンジン始動後の可及的早期に排気センサを活性化して空燃比フィードバック制御を開始する。
【解決手段】 排気通路にはセンサ素子加熱用のヒータを有する排気センサ（酸素センサ）を備え、この酸素センサの出力に基づいて空燃比フィードバック制御を行う場合に、Ｓ１１ではエンジン始動時の冷却水温Ｔｗを読込み、Ｓ１２では冷却水温Ｔｗに基づいて基本ヒータ通電禁止期間Ｌｓを算出する。Ｓ１３ではエンジン運転停止時の冷却水温とエンジン始動時の冷却水温との温度差ΔＴを算出する。Ｓ１４では温度差ΔＴに基づいて期間補正係数Ｈを算出する。Ｓ１５では基本ヒータ通電禁止期間Ｌｓに期間補正係数Ｈを乗じて、最終的なヒータ通電禁止期間Ｌを算出する。エンジン始動時からヒータ通電禁止期間Ｌを経過した後にヒータへの通電を開始して、空燃比フィードバック制御を行う。
【選択図】 図３

Description

本発明は、内燃機関の空燃比制御装置に関する。

特許文献１には、排気通路に排気浄化触媒と排気センサとを備え、この排気センサを用いて空燃比フィードバック制御を行う車両用内燃機関の空燃比制御装置において、燃費の向上を目的として、減速時であり、かつ、機関回転数が所定回転数以上である場合に、内燃機関へ供給する燃料をカットすることが記載されている。
特開２００５−１６３７４７号公報

ところで、排気センサを用いて空燃比フィードバック制御を行う場合において、排気センサを早期に活性化するために、排気センサにヒータを設け、このヒータにより排気センサの素子を加熱する手法が用いられている。
しかしながら、上記手法では、機関始動時から加熱された排気センサの素子が排気中の凝縮水により被水した場合に、素子にて急激な温度変化が起こり、素子割れが発生する可能性がある。

この素子割れを防ぐための方策として、機関始動時からの所定期間（時間）は排気センサの素子を加熱しないようにヒータへの通電を制御することが考えられる。
ところが、この方策を用いた場合に、基本的には素子割れを防ぐように所定期間が設定されることから、安全サイドをみて、概して長めに所定期間が設定されることになり、機関始動後の空燃比フィードバック制御の開始が遅れてしまうという問題があった。

本発明は、このような問題点に鑑み、排気センサの素子割れを防止しつつ、機関始動後の可及的早期に排気センサを活性化して空燃比フィードバック制御を開始することを目的とする。

このため本発明では、排気通路にセンサ素子加熱用のヒータを有する排気センサを備え、この排気センサの出力に基づいて空燃比フィードバック制御を行う場合に、機関始動時からヒータへの通電を禁止する期間を設定し、設定したヒータ通電禁止期間の経過後にヒータへの通電を開始してヒータへの通電を制御する。
ここにおいて、ヒータ通電禁止期間は、機関始動時の内燃機関の冷却水温に応じて設定する。

本発明によれば、機関始動時の冷却水温に応じてヒータ通電禁止期間を設定することにより、例えば冷却水温が高いほどヒータ通電禁止期間を短く設定することが可能である。このため、安全サイドをみて、冷間時にも素子割れを生じないように、十分なヒータ通電禁止期間を一律に設定する場合に比し、実際の冷却水温に応じてヒータ通電禁止期間を設定することで、例えばホットリスタート時に早期にヒータへの通電を開始でき、排気センサの活性化を早めることができる。これにより、排気エミッション低減のために機関始動後の早期から空燃比フィードバック制御を行うことができる。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す車両用の内燃機関（以下エンジンという）のシステム図である。
エンジン１の各気筒の燃焼室２には、エアクリーナ３から、吸気通路４によりスロットル弁５、マニホールド部６を経て空気が吸入される。マニホールド部６（又は燃焼室２）には、各気筒毎に燃料噴射弁７が設けられている。

燃料噴射弁７は、ソレノイドに通電されて開弁し、通電停止されて閉弁する電磁式燃料噴射弁（インジェクタ）であって、後述するエンジンコントロールユニット（以下ＥＣＵという）２０からの駆動パルス信号により通電されて開弁し、図示しない燃料ポンプから圧送されてプレッシャレギュレータにより所定圧力に調整された燃料を噴射供給する。従って、駆動パルス信号のパルス幅により燃料噴射量が制御される。

エンジン１の各燃焼室２には点火栓８が設けられており、これにより火花点火して混合気を着火燃焼させる。
エンジン１の各燃焼室２からの排気は、排気通路９へ排出される。排気通路９には、排気浄化触媒として、マニホールド直下の位置にマニホールド触媒１２が設けられている。マニホールド触媒１２としては、排気中のＣＯ、ＨＣの酸化とＮＯｘの還元とを行う三元触媒を用いる。更に下流側には、床下位置に、床下触媒１３が設けられている。

ＥＣＵ２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インターフェイス等を含んで構成されるマイクロコンピュータを備え、各種センサからの入力信号を受け、後述のごとく演算処理して（図６〜図９参照）、燃料噴射弁７の作動を制御する。
前記各種センサとしては、アクセルペダルの踏込み量（アクセル開度）ＡＰＯを検出するアクセル開度センサ２１、エンジン１のクランク軸又はカム軸回転よりクランク角度と共にエンジン回転数Ｎｅを検出可能なクランク角センサ２２、吸気通路４にて吸入空気流量Ｑａを検出するエアフローメータ２３、エンジン１の冷却水温Ｔｗを検出する水温センサ２４が設けられている。

また、排気通路９のマニホールド触媒１２の上流側及び下流側には、それぞれ、排気中の酸素濃度に感応して、排気空燃比のリッチ・リーンに応じた信号（リッチ側で高電圧、リーン側で低電圧）を出力する排気センサである酸素センサ２５、２６が設けられている。以下では、上流側酸素センサ２５をフロントＯ２センサ、下流側酸素センサをリアＯ２センサという。ここで、フロントＯ２センサ２５は、そのセンサの信号に基づいて空燃比が目標空燃比（ストイキ）になるように空燃比フィードバック制御を行うために設けられている。また、リアＯ２センサ２６は、そのセンサの信号に基づいてフロントＯ２センサ２５のばらつきや劣化による制御空燃比のシフトを補正するために設けられている。尚、空燃比フィードバック制御の詳細は、後述する。

尚、フロント及びリアＯ２センサ２５、２６としては、空燃比を広域でリニアに検出できるタイプのもの（ＬＡＦセンサ）でもよいし、ストイキを境として出力が変化するタイプのものでもよい。あるいは、フロントＯ２センサ２５を空燃比を広域でリニアに検出できるタイプのもの（ＬＡＦセンサ）とし、リアＯ２センサ２６をストイキを境として出力が変化するタイプのものとしてもよい。

フロント及びリアＯ２センサ２５、２６は、その温度が上昇して活性化するまで、酸素濃度の変化に対して出力がほぼ変化せず、活性温度に達すると、酸素濃度に応じて正確に出力をする。そこで、各センサにセンサ素子加熱用のヒータ２５ａ、２６ａを内蔵させて、エンジン始動後の各センサの早期活性化を図るようにしている。
しかし、排気凝縮水が存在すると、その被水により素子割れを生じるおそれがある。特に下流側のリアＯ２センサ２６は、エンジン１から遠く、排気通路壁が比較的低温であり、かつ、触媒上流側のフロントＯ２センサ２５に比べ、触媒下流側で車両の床下等、比較的低所に配置されているため、排気中の水蒸気が結露しやすく、排気凝縮水が溜まりやすい。このため、リアＯ２センサ２６は、フロントＯ２センサ２５に比べて、素子割れを生じる可能性が高い。

そこで本実施形態では、フロントＯ２センサ２５については、エンジン始動時からヒータ２５ａに通電して早期活性化を図り、フロントＯ２センサによる空燃比フィードバック制御（基本制御）の早期実施を可能とする。
その一方、リアＯ２センサ２６については、排気凝縮水による素子割れのおそれがあるので、エンジン始動時から、ヒータ通電禁止期間の設定を含むヒータ２６ａへの通電制御を行って、素子割れを防止するのに適切な期間（排気凝縮水が気化するまでの期間）、ヒータ２６ａへの通電を禁止し、その期間の経過後に、ヒータ２６ａへの通電を開始し、リアＯ２センサ２６を活性化させ、リアＯ２センサ２６の出力による空燃比フィードバック制御により、更に正確な空燃比フィードバック制御を可能とする。

次に、エンジン始動時からのヒータ通電禁止期間の設定を含むヒータ２６ａへの通電制御について、図２〜図５に基づいて説明する。
図２はエンジン始動時からのヒータ通電禁止期間の設定を含むヒータ２６ａへの通電制御を示すフローチャートである。
Ｓ１では、エンジン１のスタータスイッチからの信号に基づいて、エンジン始動時であるか否かの判定を行う。スタータスイッチからの信号がＯＮである場合はエンジン始動時であると判定してＳ２に進む。一方、スタータスイッチからの信号がＯＦＦである場合は本フローを終了する。

Ｓ２では、後述する図３に示すヒータ通電禁止期間の設定ルーチン（サブルーチン）により、ヒータ通電禁止期間Ｌを設定する。ここにおいて、ヒータ通電禁止期間Ｌとは、エンジン始動時からヒータ２６ａへの通電開始時までの期間（時間）である。
Ｓ３では、水温センサ２４からの信号により検出された冷却水温Ｔｗの温度変化率（時間当たりの温度変化量）ｄＴｗと、所定値ｄＴｓとを比較する。ここにおいて、所定値ｄＴｓとは、エンジン１の暖機が完了し、冷却水温Ｔｗが収束しているか否かを判定するための閾値である。ｄＴｗ＞ｄＴｓの場合は、冷却水温Ｔｗが収束しておらず、暖機途中であると判定してＳ４に進む。一方、ｄＴｗ≦ｄＴｓの場合は、冷却水温Ｔｗが収束しており、暖機が完了していると判定してＳ５に進む。尚、ＥＣＵ２０にて行われる冷却系診断にてサーモスタットなどの異常を検出している場合は、Ｓ３の処理をパスすることが望ましい。これは、例えば、オーバークール状態で冷却水温Ｔｗが安定してしまう場合があるからである。また、Ｓ３の前段階にて、冷却水温Ｔｗと所定閾値とを比較し、冷却水温Ｔｗがこの所定閾値以上である場合にのみ、Ｓ３の処理を行うようにしてもよい。ここで所定閾値は、例えば、冷却系が正常であれば暖機の際に安定しないレベルの水温に設定される。

Ｓ４では、エンジン始動時からの経過期間ｔとヒータ通電禁止期間Ｌとを比較する。ｔ＞Ｌの場合はエンジン始動時からヒータ通電禁止期間Ｌを経過したと判定してＳ５に進む。一方、ｔ≦Ｌの場合はエンジン始動時からヒータ通電禁止期間Ｌを経過していないと判定してＳ３に戻る。ここにおいて、エンジン始動時からの経過期間ｔは、例えば、ＥＣＵ２０に設けられ、エンジン始動時にカウントを開始するタイマーにより測定可能である。

Ｓ５では、リアＯ２センサ２６の素子温度を活性温度に到達させるために、ヒータ２６ａへの通電を開始する。
Ｓ６では、リアＯ２センサ２６の素子温度をセンサ素子の内部抵抗などから検出しつつ、予め定めた目標温度に制御すべく、ヒータ２６ａへの通電をデューティ制御して、本フローを終了する。このデューティ制御は、例えば、センサ素子の内部抵抗から推定される素子温度と目標温度とを比較し、推定された素子温度が目標温度以上であれば、素子温度を目標温度に収束させるべく、デューティを下げる一方、推定された素子温度が目標温度未満であれば、素子温度を目標温度に近づけるべく、デューティを上げる。

尚、Ｓ２によりヒータ通電禁止期間設定手段の機能が実現され、Ｓ５及びＳ６によりヒータ通電制御手段の機能が実現される。
図３はヒータ通電禁止期間Ｌの設定ルーチンを示すフローチャートである。
Ｓ１１では、エンジン始動時に水温センサ２４からの信号により検出された冷却水温Ｔｗを読込む。

Ｓ１２では、後述する図４に示すマップを用い、Ｓ１１にて読込まれたエンジン始動時の冷却水温Ｔｗに基づいて、基本ヒータ通電禁止期間Ｌｓを算出する。ここにおいて、基本ヒータ通電禁止期間Ｌｓとは、上記ヒータ通電禁止期間Ｌの基本値である。尚、エンジン始動時の冷却水温Ｔｗが約８０℃でマニホールド触媒１２中の温度も十分温まっているので（約６００℃）、基準温度を８０℃としてＳ１１にて読込まれたエンジン始動時の冷却水温Ｔｗとの偏差を算出し、この偏差に基づいて基本ヒータ通電禁止期間Ｌｓを算出してもよい。

図４はエンジン始動時の冷却水温Ｔｗと基本ヒータ通電禁止期間Ｌｓとの関係を示しており、エンジン始動時の冷却水温Ｔｗが高いほど、基本ヒータ通電禁止期間Ｌｓを短く設定している。
図３に戻り、Ｓ１３では、エンジン運転停止時に水温センサ２４からの信号により検出され、ＥＣＵ２０に設けられた記憶手段にて記憶された冷却水温Ｔｗ’と、Ｓ１１にて読込まれたエンジン始動時の冷却水温Ｔｗと、の温度差ΔＴ（＝Ｔｗ’−Ｔｗ）を算出する。

Ｓ１４では、後述する図５に示すマップを用い、Ｓ１３にて算出された温度差ΔＴに基づいて、期間補正係数Ｈを算出する。ここにおいて、期間補正係数Ｈとは、外乱要因による影響を上記ヒータ通電禁止期間Ｌに反映するための補正値である。尚、外乱要因としては、例えば、以下のものが考えられる。
リアＯ２センサ２６は、その設置箇所において、一般に冷却水とは直接接しておらず、また、リアＯ２センサ２６が動作する定常状態では冷却水温よりもはるかに高い温度であるため、外気温、風量などにより冷却水温に対する温度の関係が変動する。また、リアＯ２センサ２６は、装着された部材等との熱の授受もあり、これにより、冷却水温に対する温度の関係が変動する。これら変動の度合いを本実施形態では外乱要因による影響として考慮している。

図５は温度差ΔＴと期間補正係数Ｈとの関係を示しており、温度差ΔＴが大きいほど、安全サイドをみて、期間補正係数Ｈを大きく設定している。これは、温度差ΔＴが大きいほど、エンジン運転停止時からエンジン始動時までの期間（時間）が長いことが推定されるので、外乱要因による影響の不確実性が増すからである。尚、本実施形態では温度差ΔＴに基づいて期間補正係数Ｈを算出しているが、この他、エンジン運転停止時からエンジン始動時までの期間（時間）に基づいて期間補正係数Ｈを算出することも可能である。この場合は、上述したように、エンジン運転停止時からエンジン始動時までの期間が長いほど、外乱要因による影響の不確実性が増すので、エンジン運転停止時からエンジン始動時までの期間が長いほど、安全サイドをみて、期間補正係数Ｈを大きく設定する。

図３に戻り、Ｓ１５では、Ｓ１２にて算出された基本ヒータ通電禁止期間Ｌｓに、Ｓ１４にて算出された期間補正係数Ｈを乗じて、最終的なヒータ通電禁止期間Ｌを次式により算出する。
Ｌ＝Ｌｓ×Ｈ
そして、算出されたヒータ通電禁止期間Ｌを設定して本ルーチンを終了し、上述のＳ３に戻る。

尚、Ｓ１１〜Ｓ１５によりヒータ通電禁止期間設定手段の機能が実現され、Ｓ１３〜Ｓ１５により補正手段の機能が実現される。
上述のＳ５にてヒータ２６ａへの通電が開始されて、リアＯ２センサ２６が活性化した後の空燃比フィードバック制御について、以下に説明する。
この空燃比フィードバック制御において、ＥＣＵ２０は、上記各種センサからの信号を入力しつつ、後述する図６〜図８のフローチャートに従って、燃料噴射弁７による燃料噴射量を制御することで、空燃比を制御する。

図６は燃料噴射量（Ｔｉ）演算ルーチンを示し、所定時間毎に又はエンジン回転に同期して実行される。
Ｓ２１では、エアフローメータ２３からの信号によって検出された吸入空気流量Ｑａとクランク角センサ２２からの信号によって算出されたエンジン回転数Ｎｅとに基づいて、単位回転当たりのシリンダ吸入空気量に対応するストイキ相当の基本燃料噴射量Ｔｐを次式により演算する。

Ｔｐ＝Ｋ×Ｑａ／Ｎｅ 但し、Ｋは定数。
Ｓ２２では、エンジン運転状態（エンジン回転数及び負荷）に基づいて、燃空比補正係数ＴＦＢＹＡを設定する。ここで、目標空燃比をストイキとする場合は、ＴＦＢＹＡ＝１に設定する。
Ｓ２３では、空燃比フィードバック制御（λコントロール）条件にて、後述する図７の空燃比フィードバック補正係数（ＡＬＰＨＡ）演算ルーチンにより演算されている空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡを読込む。尚、空燃比フィードバック制御条件ではない場合は、ＡＬＰＨＡ＝１（又は前回値）に固定する。

Ｓ２４では、基本燃料噴射量Ｔｐに燃空比補正係数ＴＦＢＹＡ及び空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡを乗じて、最終的な燃料噴射量Ｔｉを次式により演算する。
Ｔｉ＝Ｔｐ×ＴＦＢＹＡ×ＡＬＰＨＡ
尚、実際には、水温補正、過渡補正、電圧補正など、各種補正が加わるが、ここでは省略した。

このようにして、燃料噴射量Ｔｉが演算されると、エンジン回転同期の所定の燃料噴射タイミングにて、燃料噴射量Ｔｉに対応するパルス幅をもつ駆動パルス信号が燃料噴射弁７に与えられて燃料噴射が行われる。
図７は空燃比フィードバック補正係数（ＡＬＰＨＡ）演算ルーチンを示し、所定時間毎に実行される。

Ｓ３１では、フロントＯ２センサ２５の出力電圧ＶＦを読込んで、ストイキ相当のスライスレベル電圧ＳＬと比較し、ＶＦ＜ＳＬの場合は上流側リーンと判定してＳ３２へ進み、ＶＦ＞ＳＬの場合は上流側リッチと判定してＳ３６へ進む。
〔上流側リーンの場合〕
Ｓ３２では、リッチからリーンへの反転直後か否かを判定し、反転直後の場合は比例制御（実際はステップ制御）のためＳ３３へ進む。

Ｓ３３では、後述する図８のステップ分補正値（ＰＨＯＳ）演算ルーチンにより演算されているステップ分補正値ＰＨＯＳを読込む。
次のＳ３４では、現在の空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡに、所定のステップ分Ｐ、ここでは特にステップ分Ｐにステップ分補正値ＰＨＯＳを加算補正した値（Ｐ＋ＰＨＯＳ）を加算して、空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡを次式のごとく増大側に更新し、本ルーチンを終了する。空燃比がリッチ側からリーン側へ変化したため、ステップ的にリッチ側に制御して、目標空燃比の応答性を向上させるためである。

ＡＬＰＨＡ＝ＡＬＰＨＡ＋（Ｐ＋ＰＨＯＳ）
上流側リーンであるが、反転直後でない場合は、Ｓ３２から、積分制御のためＳ３５へ進む。
Ｓ３５では、現在の空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡに、所定の積分分Ｉ（<<Ｐ）を加算して、空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡを微小量増大側に更新し（ＡＬＰＨＡ＝ＡＬＰＨＡ＋Ｉ）、本ルーチンを終了する。空燃比をわずかにリッチ側に制御して、目標空燃比に収束させるためである。

〔上流側リッチの場合〕
Ｓ３６では、リーンからリッチへの反転直後か否かを判定し、反転直後の場合は比例制御（実際はステップ制御）のためＳ３７へ進む。
Ｓ３７では、後述する図８のステップ分補正値（ＰＨＯＳ）演算ルーチンにより演算されているステップ分補正値ＰＨＯＳを読込む。

次のＳ３８では、現在の空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡから、所定のステップ分Ｐ、ここでは特にステップ分Ｐからステップ分補正値ＰＨＯＳを減算補正した値（Ｐ−ＰＨＯＳ）を減算して、空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡを次式のごとく減少側に更新し、本ルーチンを終了する。空燃比がリーン側からリッチ側へ変化したため、ステップ的にリーン側に制御して、目標空燃比の応答性を向上させるためである。

ＡＬＰＨＡ＝ＡＬＰＨＡ−（Ｐ−ＰＨＯＳ）
上流側リッチであるが、反転直後でない場合は、Ｓ３６から、積分制御のためＳ３９へ進む。
Ｓ３９では、現在の空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡから、所定の積分分Ｉ（<<Ｐ）を減算して、空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡを微小量減少側に更新し（ＡＬＰＨＡ＝ＡＬＰＨＡ−Ｉ）、本ルーチンを終了する。空燃比をわずかにリーン側に制御して、目標空燃比に収束させるためである。

このようにして、図９に示すように、フロントＯ２センサ２５の出力電圧ＶＦの変化に従って、空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡが増減設定され、リッチ時には空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡが減少せしめられて、燃料噴射量Ｔｉが減少側に補正され、逆にリーン時には空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡが増大せしめられて、燃料噴射量Ｔｉが増大側に補正されることで、目標空燃比（ストイキ）に制御される。

図８はステップ分補正値（ＰＨＯＳ）演算ルーチンを示し、所定時間毎に実行される。
Ｓ４１では、リアＯ２センサ２６の出力電圧ＶＲを読込んで、ストイキ相当のスライスレベル電圧ＳＬと比較し、ＶＲ＜ＳＬの場合は下流側リーンと判定してＳ４２へ進み、ＶＲ＞ＳＬの場合は下流側リッチと判定してＳ４５へ進む。
〔下流側リーンの場合〕
Ｓ４２では、リッチからリーンへの反転直後か否かを判定し、反転直後の場合はステップ制御のためＳ４３へ進む。

Ｓ４３では、現在のステップ分補正値ＰＨＯＳに所定のステップ分ΔＰを加算して、ステップ分補正値ＰＨＯＳを増大側に更新し（ＰＨＯＳ＝ＰＨＯＳ＋ΔＰ）、本ルーチンを終了する。空燃比のシフト方向がリッチ側からリーン側へ変化したため、ステップ分補正値ＰＨＯＳをステップ的にリッチ側に大きくして、シフト補正の応答性を向上させるためである。

下流側リーンであるが、反転直後でない場合は、Ｓ４２から、積分制御のためＳ４４へ進む。
Ｓ４４では、現在のステップ分補正値ＰＨＯＳに、所定の積分分ΔＩ（<<ΔＰ）を加算して、ステップ分補正値ＰＨＯＳを微小量増大側に更新し（ＰＨＯＳ＝ＰＨＯＳ＋ΔＩ）、本ルーチンを終了する。ステップ分補正値ＰＨＯＳをわずかに変化させて、シフト補正を安定的に収めるためである。

従って、下流側リーンの場合、ステップ分補正値ＰＨＯＳは次第に増大されて、プラスの値となり、図７のフローのＳ３４での上流側リーン時の空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡの増大側へ更新が増強される一方、Ｓ３８での上流側リッチ時の空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡの減少側への更新が抑制されることから、制御空燃比をリッチ側にシフトすることができる。

〔下流側リッチの場合〕
Ｓ４５では、リーンからリッチへの反転直後か否かを判定し、反転直後の場合はステップ制御のためＳ４６へ進む。
Ｓ４６では、現在のステップ分補正値ＰＨＯＳから所定のステップ分ΔＰを減算して、ステップ分補正値ＰＨＯＳを減少側に更新し（ＰＨＯＳ＝ＰＨＯＳ−ΔＰ）、本ルーチンを終了する。空燃比のシフト方向がリーン側からリッチ側へ変化したため、ステップ分補正値ＰＨＯＳをステップ的にリーン側に大きくして、シフト補正の応答性を向上させるためである。

下流側リッチであるが、反転直後でない場合は、Ｓ４５から、積分制御のためＳ４７へ進む。
Ｓ４７では、現在のステップ分補正値ＰＨＯＳから、所定の積分分ΔＩ（<<ΔＰ）を減算して、ステップ分補正値ＰＨＯＳを微小量減少側に更新し（ＰＨＯＳ＝ＰＨＯＳ−ΔＩ）、本ルーチンを終了する。ステップ分補正値ＰＨＯＳをわずかに変化させて、シフト補正を安定的に収めるためである。

従って、下流側リッチの場合、ステップ分補正値ＰＨＯＳは次第に減少されて、マイナスの値となり、図７のフローのＳ３４での上流側リーン時の空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡの増大側へ更新が抑制される一方、Ｓ３８での上流側リッチ時の空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡの減少側への更新が増強されることから、制御空燃比をリーン側にシフトすることができる。

このようにして、図９に示すように、リアＯ２センサ２６の出力電圧ＶＲの変化に従って、ステップ分補正値ＰＨＯＳが増減設定され、空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡの設定に反映されることで、フロントＯ２センサ２５のばらつきや劣化による制御空燃比のシフトを修正することにより、空燃比が常に最適に維持される。
本実施形態によれば、エンジン始動時からヒータ２６ａへの通電を禁止する期間を設定するヒータ通電禁止期間設定手段（Ｓ２、Ｓ１１〜Ｓ１５）と、設定したヒータ通電禁止期間Ｌの経過後にヒータ２６ａへの通電を開始し、ヒータ２６ａへの通電を制御するヒータ通電制御手段（Ｓ５、Ｓ６）と、を備え、ヒータ通電禁止期間設定手段は、エンジン始動時の冷却水温Ｔｗが高いほど、ヒータ通電禁止期間Ｌを短く設定する。これにより、安全サイドをみて、冷間時にも素子割れを生じないように、十分なヒータ通電禁止期間を一律に設定する場合に比し、冷却水温Ｔｗに応じてヒータ通電禁止期間Ｌを設定することで、例えばホットリスタート時に早期にヒータ２６ａへの通電を開始でき、リアＯ２センサ２６の活性化を早めることができるので、リアＯ２センサ２６の出力に基づいた空燃比フィードバック制御を早期に開始させることができる。

また本実施形態によれば、ヒータ通電禁止期間設定手段（Ｓ２、Ｓ１１〜Ｓ１５）は、ヒータ通電禁止期間Ｌの補正を行う補正手段（Ｓ１３〜Ｓ１５）を備え、この補正手段は、エンジン運転停止時の冷却水温Ｔｗ’とエンジン始動時の冷却水温Ｔｗとの温度差ΔＴが大きいほど、ヒータ通電禁止期間Ｌを長くする補正を行う（期間補正係数Ｈを大きく設定する）。これにより、温度差ΔＴが大きい場合は、外乱要因による影響の不確実性が増すので、安全サイドをみて、ヒータ通電禁止期間Ｌを長く設定することで、素子割れを確実に防止することができる。また、温度差ΔＴが小さい場合は、外乱要因による影響の不確実性が減るので、ヒータ通電禁止期間Ｌを短く設定して、リアＯ２センサ２６の出力に基づいた空燃比フィードバック制御の開始時期を早めることができる。

また本実施形態によれば、ヒータ通電禁止期間Ｌ内であっても、冷却水温Ｔｗが収束した場合に（温度変化率ｄＴｗが所定値ｄＴｓ以下になった場合に）、ヒータ２６ａへの通電を開始するので、エンジン１の暖機が早期に完了している場合には、早期に、リアＯ２センサ２６の出力に基づいた空燃比フィードバック制御を開始することができる。
また本実施形態によれば、マニホールド触媒１２の下流側に備えられたリアＯ２センサ２６について、エンジン始動時から、通電禁止期間Ｌの設定を含むヒータ２６ａへの通電制御を行うことにより、排気凝縮水を被水する可能性が高いリアＯ２センサ２６での素子割れを防止しつつ、エンジン始動後の早期にリアＯ２センサ２６を活性化して、リアＯ２センサ２６の出力に基づいた空燃比フィードバック制御を開始させることができる。但し、エンジン始動時にエンジン１から排出される排気が低温の排気管壁に当たって凝縮水が生じることが想定され、フロントＯ２センサ２５にて素子割れが発生するおそれがある場合は、フロントＯ２センサ２５についても同様の制御を行うようにしてもよい。

また、本実施形態の変形例として、空燃比フィードバック制御において、燃費向上のために、エンジン運転状態に応じて燃料カットを行う場合には、以下のような効果を得ることも可能である。この効果について、図１０及び図１１を用いて説明する。
図１０はエンジン運転状態に応じて燃料カットを行う空燃比制御におけるタイムチャート、図１１は活性化した触媒中の空燃比と触媒のＮＯｘ転化率との関係を示す図である。

図１０に示すような車両の増減速時及び定速時において、燃費向上のために燃料カットを行う場合には、燃料カット後に、マニホールド触媒１２中の空燃比が一時的にリーン雰囲気になる。このため、マニホールド触媒１２が活性化した状態であっても、マニホールド触媒１２から排出されるＮＯｘ排出量が増加してしまう。これは、図１１に示すように、触媒中の空燃比がストイキよりリーン側になるほど、触媒のＮＯｘ転化率が急激に悪化し、触媒からのＮＯｘ排出量が急激に増加することによるものである。このため、触媒中の空燃比がストイキから一時的にリーン化して再びストイキに戻る場合には（図１１のＡ→Ｂ→Ｃを参照）、触媒のＮＯｘ転化率が一時的に急激に悪化するので、触媒からのＮＯｘ排出量が一時的に増加してしまう。

この対策として、図１０に示すように、燃料カット開始時からの特定期間にて目標空燃比をリッチ側に設定して空燃比制御を行うことにより、燃料カット後の一時的なリーン化を抑えることが考えられる。ここにおいて、特定期間とは、燃料カットにより触媒中の空燃比がリーン側になってから再びストイキに戻るまでの期間（時間）であり、燃料カット時からリアＯ２センサ２６の出力がリーンからリッチへ反転を開始するときまでの期間（時間）である。

しかしながら、この対策は、ヒータ２６ａへの通電が開始されてリアＯ２センサ２６の素子が活性化していることが前提であり、エンジン始動時からヒータ２６ａへの通電が開始されるまでの期間には用いることができない。
そこで本発明では、エンジン始動時から、ヒータ通電禁止期間Ｌの設定を含むヒータ２６ａへの通電制御を行うことにより、ホットリスタート時において、素子割れを防止しつつ、ヒータ２６ａへの通電が早期に開始されるようにしている。

これにより、本発明では、ホットリスタート後に燃料カットが行われる場合であっても、上記特定期間にて目標空燃比をリッチ側に設定する空燃比制御を早期に開始することが可能であるので、ホットリスタート後のＮＯｘの排出を抑制することが可能である。

本発明の一実施形態を示すエンジンのシステム図 エンジン始動時からのヒータ通電禁止期間の設定を含むヒータへの通電制御のフローチャート ヒータ通電禁止期間の設定ルーチンのフローチャート エンジン始動時の冷却水温Ｔｗと基本ヒータ通電禁止期間Ｌｓとの関係を示す図 温度差ΔＴと期間補正係数Ｈとの関係を示す図 Ｔｉ演算ルーチンのフローチャート ＡＬＰＨＡ演算ルーチンのフローチャート ＰＨＯＳ演算ルーチンのフローチャート ＡＬＰＨＡ及びＰＨＯＳのタイムチャート エンジン運転状態に応じて燃料カットを行う空燃比制御におけるタイムチャート 活性化した触媒中の空燃比と触媒のＮＯｘ転化率との関係を示す図

符号の説明

１ エンジン
４ 吸気通路
７ 燃料噴射弁
９ 排気通路
１２ マニホールド触媒
１３ 床下触媒
２０ エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）
２４ 水温センサ
２５ フロントＯ２センサ
２５ａ ヒータ
２６ リアＯ２センサ
２６ａ ヒータ

Claims (6)

1. 排気通路にセンサ素子加熱用のヒータを有する排気センサを備え、この排気センサの出力に基づいて空燃比フィードバック制御を行う内燃機関の空燃比制御装置において、
   機関始動時から前記ヒータへの通電を禁止する期間を設定するヒータ通電禁止期間設定手段と、
   設定した前記ヒータ通電禁止期間の経過後に前記ヒータへの通電を開始し、前記ヒータへの通電を制御するヒータ通電制御手段と、を備え、
   前記ヒータ通電禁止期間設定手段は、機関始動時の内燃機関の冷却水温に応じて前記ヒータ通電禁止期間を設定することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
2. 前記ヒータ通電禁止期間設定手段は、前記ヒータ通電禁止期間の補正を行う補正手段を備え、この補正手段は、機関運転停止時の前記冷却水温と機関始動時の前記冷却水温との温度差に応じて前記ヒータ通電禁止期間の補正を行うことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の空燃比制御装置。
3. 前記補正手段は、前記温度差が大きいほど、前記ヒータ通電禁止期間を長くする補正を行うことを特徴とする請求項２記載の内燃機関の空燃比制御装置。
4. 前記ヒータ通電制御手段は、前記ヒータ通電禁止期間内であっても、前記冷却水温が収束した場合は、前記ヒータへの通電を開始することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関の空燃比制御装置。
5. 前記ヒータ通電禁止期間設定手段は、機関始動時の前記冷却水温が高いほど、前記ヒータ通電禁止期間を短く設定することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の内燃機関の空燃比制御装置。
6. 前記排気センサは、排気通路に設けられた排気浄化触媒の下流側に備えられていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の内燃機関の空燃比制御装置。

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