JP2013185486A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】センサの始動性を良好にすることができる内燃機関の制御装置を提供すること。
【解決手段】ここで開示される制御装置１００は、少なくともアルコールを含む燃料を使用する内燃機関１の制御装置１００である。内燃機関１は、燃料を燃焼する燃焼室２と、該燃焼室２よりも上流側に配置された吸気経路４、６と、該燃焼室２よりも下流側に配置された排気マニホルド５と、該排気マニホルド５よりも下流側に配置された排気通路１２と、を備える。排気マニホルド５には、ガスセンサ素子３０が設けられている。ここで制御装置１００は、内燃機関１が停止してから所定時間ｔの間、排気マニホルド５内の排ガスを該排気マニホルド５の外部に排出するように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の制御装置及びその利用に関する。

従来から、大気中の特定のガスを検知するためガス検知素子を用いたガスセンサが使用されている。この種のガスセンサは、例えば自動車の排ガス中に含まれる炭化水素（ＨＣ）や酸素（Ｏ_２）等の特定ガス成分の濃度を検知することができるため、自動車エンジン等の内燃機関の排気マニホルドに設けられ、内燃機関や排ガス浄化装置の制御に用いられている。

排ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ素子としては、例えば、ＺｒＯ_２固体電解質を用いた、酸素濃淡起電力式のものが知られている。上記酸素センサ素子９０は、図６に示すように、有底円筒体であって、内側電極９４ａ、固体電解質層９２、外側電極９４ｂおよび保護層９６を順に積層したものである。内側電極９４ａの内側には、ヒーター９７が挿入されている。排ガスは、保護層９６の微小孔を介して外側電極９４ｂに達し、外側電極９４ｂと内側電極９４ａとの間でセンサ出力を得る。保護層９６は、外側電極に到達する排ガスの流量を制限するとともに、外側電極９４ｂを保護する機能を持たせるため、緻密な多孔質のセラミックコーティング膜により形成されている。

この種のガスセンサ素子を自動車用排ガスセンサに用いる場合、ガスセンサ素子に水滴が付着し、ガスセンサ素子に割れが生じるという問題がある。また、使用条件下によっては、保護層の表面が排ガスに由来する付着物により被覆され、保護層が目詰まりを起こすという問題がある。そこで、上記問題を解決するために、上記保護層の表面にトラップ層を形成したガスセンサ素子が提案されている（特許文献１，２等）。例えば特許文献１には、ガスセンサ素子の電極保護層の表面を多孔質保護層（トラップ層）で覆い、被水してもガスセンサ素子に直接水滴が当たらず、熱応力を緩和する技術が記載されている。

特開２００７−１２１３２３号公報 特開２０１０−１０７４０９号公報

ところで、近年、ガソリンや軽油といった従来の燃料に、エタノールやメタノール等のアルコールを混合した混合燃料を使用した、いわゆるフレックス燃料車（flexible fuel vehicle：FFV）の開発が進められている。本発明者は、上記アルコール燃料を使用したフレックス燃料車に関する種々の検討を行った結果、前述した保護層の表面にトラップ層を形成したガスセンサ素子を用いた場合、エンジン始動直後において安定したセンサ特性が得られず、エンジンの始動性が悪化するという問題を見出した。

すなわち、本発明者は、上記保護層の表面にトラップ層を形成したＡ／Ｆセンサをエンジンの排気マニホルド内に配置し、その始動性の評価を行った。具体的には、エンジン停止後から次に始動するまでの時間（ソーク時間）を一定時間としたソーク有りのサンプルと、上記ソーク時間を取らなかったソーク無しのサンプルとで、エンジン始動直後のＡ／Ｆセンサ出力を比較した。その結果、図７に示すように、ソーク有りのサンプルは、ソーク無しのサンプルに比べて、Ａ／Ｆセンサが正常に動作するまでに時間を要した。ソーク有りのサンプルでは、エンジン停止後から次に始動するまでの間、排気マニホルド内に残留した排ガス成分（例えばＨＣ成分）がセンサのトラップ層に吸着する。そのため、該吸着した排ガス成分により、エンジン始動直後にＡ／Ｆセンサ出力がリッチ側に振れ、Ａ／Ｆセンサが正常に動作するまでに時間を要したと考えられる。ここでは、この現象をコールドシュート（ＣＳ）現象といい、センサ出力が正常値を示すまでの時間ＴをＣＳ収束時間とする。このＣＳ収束時間Ｔを短くすることが、センサの始動性の向上につながることになる。

さらに、本発明者は、ガソリンとエタノールとの混合燃料を使用したフレックス燃料車において、エタノール含有量とＣＳ収束時間との関係を調べた。その結果、図８に示すように、エタノール含有量が増大するほどＣＳ収束時間が長くなること、すなわち、ガスセンサの始動性が悪くなることが明らかとなった。本発明は、上記課題を解決するものである。

本発明者は、アルコールを含む燃料を使用する内燃機関において、センサの始動性を悪くするＣＳ現象を引き起こす要因は、エンジン停止後から次に始動するまでの間におけるガスセンサ素子への排ガス成分の吸着であることに思い至り、さらに、かかる吸着を防止する機構として、エンジン停止直後に排気マニホルド内の排ガスを外部に排出することが効果的であることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明によって提供される制御装置は、少なくともアルコールを含む燃料を使用する内燃機関の制御装置であり、上記内燃機関は、上記燃料を燃焼する燃焼室と、該燃焼室よりも上流側に配置された吸気経路と、該燃焼室よりも下流側に配置された排気マニホルドと、該排気マニホルドよりも下流側に配置された排気通路とを備えている。上記排気マニホルド内には、ガスセンサ素子が配置されている。ここで上記制御装置は、上記内燃機関が停止してから所定時間ｔの間、上記排気マニホルド内の排ガスを該排気マニホルドの外部に排出するように構成されている。

かかる構成によると、内燃機関が停止してから所定時間ｔの間、排気マニホルド内の排ガスを該排気マニホルドの外部に排出するため、通常ではエンジン停止後の冷却中にガスセンサ素子に吸着するはずの排ガス成分が排気マニホルドの外部に排出され、ガスセンサ素子にほとんど吸着しない。そのため、ガスセンサ素子がクリーンに保たれ、該排ガス成分の吸着によりエンジン始動直後にセンサ出力がリッチ側に振れるような事態が解消され、ガスセンサ素子のＣＳ収束時間を短縮することができる。その結果、センサの始動性が格段に向上する。

ここで開示される内燃機関制御装置の好ましい一態様では、上記所定時間ｔが、５分≦ｔ≦３０分である。所定時間ｔが５分よりも短すぎると、排気マニホルド内に排ガスが多く残るので、上述したＣＳ収束時間短縮効果が不十分になる場合がある。その一方、所定時間ｔが３０分より長すぎると、消費電力が増えるとともに、上述したＣＳ収束時間短縮効果も鈍化するためメリットがあまりない。

ここで開示される内燃機関制御装置の好ましい一態様では、上記吸気経路と上記排気マニホルドとを接続する接続配管を備え、上記接続配管の途上には、電磁ファンが設けられている。上記制御装置は、上記内燃機関が停止してから所定時間ｔの間、上記電磁ファンを作動させることにより、上記排気マニホルド内の排ガスを上記接続配管を介して上記吸気経路に送出するように構成されている。これにより、排気マニホルド内の排ガスを簡易かつ確実に排出することができる。また、排ガスを吸気経路に戻すので、環境上の問題もない。

ここで開示される内燃機関制御装置の好ましい一態様では、上記排気マニホルドには、熱電素子が設けられている。そして、上記電磁ファンを上記熱電素子の起電力により作動させる。この場合、排ガス温度の最も高いエンジン停止直後に排出風量が最大となり、その後、排ガス温度の低下とともに排出風量が減少していく。そのため、排気マニホルド内の排ガスをより効果的に排出できるとともに、そのような効果的な排出を自動で行うことができる。

ここで開示される内燃機関制御装置の好ましい一態様では、上記制御装置は、上記内燃機関が停止してから所定時間ｔの間、上記排気マニホルド内の排ガスを該排気マニホルドの外部に排出し、かつ、上記排気マニホルドよりも下流側に配置された上記排気経路内の排ガスが上記排気マニホルドに逆流しないように構成されている。これにより、排気マニホルド内の排ガスのみを該排気マニホルドの外部に確実に排出することができる。

ここで開示される内燃機関制御装置の好ましい一態様では、上記ガスセンサ素子は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質層が測定電極と基準電極とに挟持されており、上記測定電極上に金属酸化物からなる多孔質の保護層が形成され、上記保護層の少なくとも一部を覆うように金属化合物からなるトラップ層が形成されている。上記トラップ層を有するガスセンサ素子は、排ガス成分が吸着しやすく、エンジン始動時にコールドシュート現象が起こりやすい。したがって、上記排ガス成分の吸着を有効に防止できる本発明の制御装置は、上記のようなトラップ層を有するガスセンサ素子を備えた内燃機関に対して、特に好適に適用され得る。

ここで開示される内燃機関制御装置の好ましい一態様では、上記アルコールは、エタノールであり、上記燃料は、上記エタノールの含有率が２０質量％以上（例えば２０質量％〜１００質量％）である。このようなエタノール濃度の高い燃料を使用する内燃機関は、ガスセンサ素子に排ガス成分が吸着しやすく、エンジン始動時にコールドシュート現象が起こりやすい。したがって、上記排ガス成分の吸着を有効に防止できる本発明の制御装置は、上記のようなエタノール濃度の高い燃料を使用する内燃機関に対して、特に好適に適用され得る。

本発明の一実施形態に係る内燃機関の概略図である。 本発明の一実施形態に係るガスセンサ素子の断面構成を拡大し、模式的に示した図である。 本発明の一実施形態に係る制御装置のブロック図である。 本発明の一実施形態に係る制御装置の動作を示すフローチャートである。 排ガス排出時間とＣＳ収束時間との関係を示すグラフである。 従来のガスセンサ素子の断面構成を拡大し、模式的に示した図である。 エンジンの始動後時間とＡ／Ｆセンサ出力との関係を示すグラフである。 エタノール含有率とＣＳ収束時間との関係を示すグラフである。

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。

＜内燃機関＞
ここでは、先ず、本発明の一実施形態に係る内燃機関の構成について説明する。ここで開示される内燃機関では、燃料として、エタノール等のアルコール、およびガソリンとアルコールとが混合してなる混合燃料を使用可能である。以下の説明では、アルコールの例として、エタノールを用いる場合であってディーゼルエンジンの例について説明するが、ガソリンエンジンに本発明を適用可能なのは勿論である。

図１は、内燃機関（エンジン）１を模式的に示す図である。図１に示すように、エンジン１には、酸素と燃料ガスとを含む混合気が供給される。エンジン１は、この混合気を燃焼させ、燃焼エネルギーを力学的エネルギーに変換する。このときに燃焼された混合気は排ガスとなって後述の排気系に排出される。図１に示す構成のエンジン１は、複数の燃焼室２と、燃焼室２のそれぞれに燃料を噴射する燃料噴射弁３とを備えている。各々の燃料噴射弁３は、燃料供給管２１を介してコモンレール２２に接続されている。コモンレール２２は、燃料ポンプ２３を介して燃料タンク２４に接続されている。燃料ポンプ２３は、上記コモンレール２２、燃料供給管２１、燃料噴射弁３を介して、燃料タンク２４内の燃料を燃焼室２へ供給する。燃料ポンプ２３の構成は、本発明を特に限定するものではなく、例えば、吐出量可変な電子制御式の燃料ポンプを用いることができる。

また、上記燃焼室２には、それぞれ吸気マニホルド４及び排気マニホルド５が連通している。以下の説明では、吸気マニホルド４よりも上流側に設けられ、エンジン１に空気（酸素）を供給する系を「吸気系」と称し、排気マニホルド５よりも下流側に設けられ、エンジン１で生じた排ガスを外部に排出する系を「排気系」と称する。なお、上記吸気系と上記排気系とは、排ガス再循環通路１８を介して互いに連結されており、排気系に排出された排ガスを再び燃焼室２内に供給することもできる。排ガス再循環通路１８には、電子制御式の制御弁１９が配置されており、かかる制御弁１９の開閉により再循環させる排ガス量を調整できる。また、排ガス再循環通路１８の周りには、排ガス再循環通路１８内を流れるガスを冷却するための冷却装置２０が配置されている。

＜吸気系＞
上記エンジン１の吸気系について説明する。上記エンジン１を吸気系に連通させる吸気マニホルド４には吸気ダクト６が接続されている。当該吸気ダクト６と吸気マニホルド４とにより、吸気経路が構成されている。吸気ダクト６は、排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａに接続されており、コンプレッサ７ａにはエアクリーナ９が接続されている。エアクリーナ９には、エンジンの外部から吸入する空気の温度（吸気温）を検出する吸気温センサ（図示せず）が取り付けられている。また、エアクリーナ９の下流側（エンジン１側）には、エアフロメータ８が配置されている。エアフロメータ８は、吸気ダクト６へ供給される吸入空気量Ｇａを検出するセンサである。吸気ダクト６におけるエアフロメータ８のさらに下流側には、スロットル弁１０が設けられている。このスロットル弁１０を開閉することでエンジン１に供給される空気の量を調整できる。また、スロットル弁１０の近傍には、スロットル弁１０の開度を検出するスロットルセンサ（図示省略）が配置されてもよい。また、吸気ダクト６の周りには、吸気ダクト６内を流れる空気を冷却するための冷却装置１１が配置されている。

＜排気系＞
次に、エンジン１の排気系について説明する。上記エンジン１を排気系に連通させる排気マニホルド５は、排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｂに接続されている。該排気タービン７ｂには、排ガスが流通する排気通路１２が接続されている。排気通路１２には、排ガス浄化用触媒４０が設けられている。触媒４０は、エンジンの排気通路１２に配置され、エンジンから排出される排気ガスを浄化する。触媒４０の種類は特に限定されない。触媒４０は、例えば、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｄ）等の貴金属が担持されたモノリス触媒であってもよい。また、触媒４０は、貴金属が担持されたＤＰＦ等であってもよい。なお、排気系（例えば、排気マニホルド５）には、排ガス中に燃料を噴射する排気系燃料噴射弁が設けられていてもよい。排気系燃料噴射弁は、排ガス中に燃料を噴射することで、触媒４０に供給される排ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）を調整することができる。

＜ガスセンサ素子＞
また、排気マニホルド５には、ガスセンサ素子３０が設けられている。この実施形態では、ガスセンサ素子３０は、空燃比センサである。空燃比センサは、少なくとも空燃比がリッチ側またはリーン側にあることを検出できるセンサであればよい。例えば、空燃比センサは、排気ガス中の酸素濃度に応じてリニアに空燃比を検出するセンサ（例えば、限界電流式酸素センサ）であってもよい。あるいは、空燃比センサとして、センサ素子の起電力を出力するＯ_２センサを用いてもよい。かかるガスセンサ素子は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質層が測定電極と基準電極とに挟持されている。測定電極上には、金属酸化物からなる多孔質の保護層が形成され、保護層上の少なくとも一部を覆うように金属化合物からなるトラップ層が形成されている。

図２は、上記空燃比センサを用いて成るガスセンサ素子３０の主要部の構成の一例を示したものである。図２に示す構成のガスセンサ素子３０は固体電解質層３２を備えている。固体電解質層３２は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質から構成されている。かかる固体電解質としては、例えば、ジルコニア（例えば、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ））などが挙げられる。また、固体電解質層３２の内側には基準電極３４ａが形成されており、基準電極３４ａよりも内側には、大気が導入される基準ガス空間３５が形成されている。基準ガス空間３５にはヒーター３７が挿入配置されている。一方、固体電解質層３２の外側には、測定電極３４ｂが形成されており、測定電極３４ｂから外側に向かって、保護層（拡散抵抗層）３６、トラップ層３８が順に形成されている。保護層３６の材料としては、アルミナ、ジルコニア、セリア等の多孔材を構成し得る材料を用いれば良い。トラップ層３８は、例えば、アルミナ、スピネル、ムライト等を主体とする金属酸化物や炭化珪素等の金属炭化物から構成されている。基準電極３４ａおよび測定電極３４ｂは、共に、白金等の触媒活性の高い貴金属から構成されている。

上記構成のガスセンサ素子３０において、測定電極３４ｂ側を正極性、基準電極３４ａ側を負極性とする一定のバイパス電圧が印加されている。排ガスがリーン領域のときには、バイパス電圧が印加されると、排ガス中の酸素がトラップ層３８にトラップされる。トラップされた酸素は、ガスセンサ素子３０の内側（測定電極３４ｂ側）に向かって移動し、保護層３６を通過した後、測定電極３４ｂに接触する。測定電極３４ｂに接触した酸素は、測定電極３４ｂから固体電解質層３２を経て基準電極３４ａに到達する。このとき生じる電流によって、酸素濃度を知ることができ、ひいてはリーン領域における空燃比を検知することができる。一方、排ガスがリッチ領域のときには、バイパス電圧が印加されると、排ガス中の未燃ガス（例えばＣＯ）がトラップ層３８にトラップされる。トラップされた未燃ガスは、ガスセンサ素子３０の内側（測定電極３４ｂ側）に向かって移動し、保護層３６を通過した後、測定電極３４ｂに接触する。また、リッチ領域では、電流の流れが反転し、基準電極３４ａから固体電解質層３２を経て測定電極３４ｂへと酸素が移送され、測定電極３４ｂに接触した未燃ガスと反応（燃焼）する。このとき生じる電流によって、未燃ガスの濃度を知ることができ、ひいてはリッチ領域における空燃比を検知することができる。

かかる構成のガスセンサ素子３０において、エンジンの始動性を良好にするためには、エンジン始動直後からガスセンサ素子３０を安定に動作させることが望ましい。しかし、実際には、エンジン停止後の冷却中に、トラップ層３８に排ガス成分（例えばＨＣガス）が吸着するため、該吸着した排ガス成分により、エンジン始動直後にセンサ出力がリッチ側に振れ、ガスセンサが正常に動作するまでに時間を要する場合がある（図７参照）。ここでは、この現象をコールドシュート（ＣＳ）現象といい、センサ出力が正常値を示すまでの時間をＣＳ収束時間とする。特にエタノールなどのアルコール系燃料を使用した車両において、上記ＣＳ収束時間が増大傾向となる（図８参照）。このＣＳ収束時間を短くすることが、センサ始動性（ひいてはエンジン始動性）の向上につながることになる。

以上の知見から、本発明者は、センサ始動性を悪くするＣＳ現象を引き起こす要因は、エンジン停止後から次に始動するまでの間におけるガスセンサ素子３０のトラップ層３８への排ガス成分の吸着であることに思い至り、かかる吸着を防止すべく、エンジン停止直後に排気マニホルド５内の排ガスを該排気マニホルド５の外部に排出することとした。

すなわち、ここで開示される内燃機関１の制御装置１００は、図１に示すように、接続配管５０を備えている。この接続配管５０は、吸気マニホルド４と排気マニホルド５とを接続するものであり、ここでは排ガス再循環通路１８と並行に配置されている。接続配管５０の途上には、電磁ファン５２が設けられている。制御装置１００は、内燃機関１が停止してから所定時間ｔの間、上記電磁ファン５２を作動させることにより、排気マニホルド５内の排ガスを接続配管５０を介して排気マニホルド５の外部、すなわち、吸気マニホルド４に送出するように構成されている。

図３は、本実施形態に係る制御装置１００の構成を示すブロック図である。制御装置１００は、図３に示すように、電磁ファン５２に電気的に接続されたＥＣＵ６０を備えている。ＥＣＵ６０は、主としてデジタルコンピュータから構成されており、エンジン１の稼働における制御装置として機能する。ＥＣＵ６０は、例えば、読み込み専用の記憶装置であるＲＯＭ、読み書き可能な記憶装置であるＲＡＭ、任意の演算や判別を行うＣＰＵを有している。ＥＣＵ６０には入力ポートが設けられており、エンジン１の各部位に設置されているセンサと電気的に接続されている。これによって、各々のセンサで検知した情報が、上記入力ポートを経て電気信号としてＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵに伝達される。また、ＥＣＵ６０には出力ポートも設けられている。ＥＣＵ６０は、該出力ポートを介して、エンジン１の各部位に接続されており、制御信号を送信することによって各部材の稼働を制御している。ＥＣＵ６０は、エンジン１の動作を制御するためのエンジン制御部６４を備えている。また、ＥＣＵ６０は、電磁ファン制御部６２を備えている。電磁ファン制御部６２は、電磁ファン５２を作動させるように構成されている。

ＥＣＵ６０は、電力供給部６５を備えている。電力供給部６５はスイッチ回路６８を備え、該スイッチ回路６８を介して各制御部６２、６４とバッテリ７２とが接続されている。スイッチ回路６８には、イグニッションスイッチ７０が接続されている。スイッチ回路６８は、イグニッションスイッチ７０がオンになると、バッテリ７２とエンジン制御部６４とを接続し、バッテリ７２の電力をエンジン制御部６４に供給する。また、スイッチ回路６８は、イグニッションスイッチ７０がオフになると、エンジン制御部６４への電力の供給を遮断する。イグニッション信号はエンジン制御部６４にも送信され、エンジン制御部６４は、イグニッションスイッチ７０がオンになると、エンジン１を起動する。また、イグニッションスイッチ７０がオフになると、エンジン１を停止する。

また、スイッチ回路６８は、イグニッションスイッチ７０がオフになると、バッテリ７２と電磁ファン制御部６２とを接続し、バッテリ７２の電力を電磁ファン制御部６２に供給する。すなわち、電磁ファン制御部６２は、エンジン１が停止した直後に起動され、電磁ファン５２を作動させる。これにより、排気マニホルド５内の排ガスが吸い出され、吸気マニホルド４に送出されることとなる（図１参照）。また、電力供給部６５はタイマー６６を備えている。タイマー６６は、スイッチ回路６８に接続されている。タイマー６６は、イグニッションスイッチ７０がオフになってからの時間をカウントする。また、タイマー６６は、イグニッションスイッチ７０がオフになってから所定時間ｔが経過すると、スイッチ回路６８を動作させて電磁ファン制御部６２への電力の供給を遮断する。これにより、電磁ファン制御部６２が停止し、電磁ファン５２が停止する。

このように構成された制御装置１００の動作について説明する。図４は、本実施形態に係る制御装置１００により実行される処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。

図４に示す処理ルーチンが実行されると、ＥＣＵ６０は、まず、ステップＳ１０において、エンジン１が駆動状態から停止状態に切り替わったか否かを判定する。この判定は、入力されるイグニッション信号に基づいて行われる。エンジン１が駆動状態にある若しくは既に停止状態にある場合（ＮＯの場合）、処理ルーチンを終了する。一方、エンジン１が駆動状態から停止状態に切り替わった場合（ＹＥＳの場合）、ステップＳ２０に進み、電磁ファン５２を駆動するともにタイマーをオンにする。

次いで、ステップＳ３０において、エンジン１の停止時間（ひいては電磁ファン５２の駆動時間）ｔが所定時間ｔ_１に達したか否かを判定する。エンジン１の停止時間ｔが所定時間ｔ_１に達しない場合（「ＮＯ」の場合））、ステップＳ２０に戻って電磁ファン５２の駆動を続行する。一方、エンジン１の停止時間ｔが所定時間ｔ_１に達した場合（「ＹＥＳ」の場合）、ステップＳ４０に進んで電磁ファン５２を停止する。なお、所定時間ｔ_１については予め設定しておけばよく、例えば５分〜３０分である。

このようにして、エンジン停止直後の排気マニホルド５内の排ガスを電磁ファン５２で吸い出し、吸気マニホルド４に送出することができる。かかる構成によると、エンジン１が停止してから所定時間ｔの間、排気マニホルド５内の排ガスを該排気マニホルド５の外部に排出するため、通常ではエンジン停止後の冷却中にガスセンサ素子３０に吸着するはずの排ガス成分が排気マニホルド５の外部に排出され、ガスセンサ素子３０にほとんど吸着しない。そのため、ガスセンサ素子３０がクリーンに保たれ、排ガス成分の吸着によりエンジン始動直後にセンサ出力がリッチ側に振れるような事態が解消され、ガスセンサ素子３０のＣＳ収束時間を短くすることができる。その結果、エンジン始動性が格段に向上する。

ここで開示される好ましい一態様では、上記電磁ファン５２の駆動時間ｔは、概ね５分≦ｔ≦３０分であり、好ましくは１０分≦ｔ≦２０分である。駆動時間ｔが５分よりも短すぎると、排気マニホルド５内に排ガスが多く残るので、上述したＣＳ収束時間を短縮する効果が不十分になる場合がある。その一方、駆動時間ｔが３０分より長すぎると、電磁ファン５２の消費電力が増えるとともに、上述したＣＳ収束時間短縮効果も鈍化するためメリットがあまりない。電磁ファン５２の排出風量としては、排気マニホルド５の形状や容積によっても相違するが、概ね１ｍ^３／ｍｉｎ〜５ｍ^３／ｍｉｎが適当であり、好ましくは２ｍ^３／ｍｉｎ〜４ｍ^３／ｍｉｎである。

ここで開示される制御装置１００は、図１に示すように、吸気マニホルド４と排気マニホルド５とを接続する接続配管５０に電子制御式の制御弁５４を備えている。制御装置１００は、イグニッションスイッチ７０がオフになると、制御弁５４を開弁し、かつ電磁ファン５２を作動させるように構成されている。また、制御装置１００は、イグニッションスイッチ７０がオフになってから所定時間ｔが経過したときに、制御弁５４を閉弁し、かつ電磁ファン５２を停止するように構成されている。このように、接続配管５０に制御弁５４を設けることにより、エンジン１の稼働時に、排気マニホルド５内の排ガスが接続配管５０に流れるのを防止することができる。

また、制御装置１００は、エンジン１が停止してから所定時間ｔの間、排気マニホルド５内の排ガスを該排気マニホルド５の外部に排出し、かつ、排気マニホルド５よりも下流側に配置された排気通路１２内の排ガスが排気マニホルド５に逆流しないように構成してもよい。具体的には、排気タービン７ｂと排気マニホルド５との間に逆流防止弁５ａを備えてもよい。制御装置１００は、イグニッションスイッチ７０がオフになると、逆流防止弁５ａを閉弁し、かつ電磁ファン５２を作動させるように構成されている。また、制御装置１００は、イグニッションスイッチ７０がオフになってから所定時間ｔが経過したときに、逆流防止弁５ａを開弁し、かつ電磁ファン５２を停止するように構成されている。これにより、電磁ファン５２の作動時に、排気マニホルド５よりも下流側に配置された排気通路１２内の排ガスが排気マニホルド５に逆流しないようにすることができる。

なお、上述した実施形態では、電磁ファン用の電力供給源としてバッテリ７２を用いる場合を例示したが、これに限定されない。電磁ファン５２の電力消費は極僅かである。そのため、電磁ファン用の電力供給源として、バッテリ７２よりも小型のバッテリを使用してもよい。例えば、図１に示すように、太陽電池パネル７４ａを用いてもよい。あるいは、排気マニホルド５に熱電素子（熱エネルギーを電気エネルギーに変える素子）７４ｂを配置し、該熱電素子７４ｂの起電力により電磁ファン５２を作動させるように構成してもよい。この場合、排ガス温度の最も高いエンジン停止直後に排出風量が最大となり、その後、排ガス温度の低下とともに排出風量が減少していく。そのため、排気マニホルド５内の排ガスをより効果的に排出することができる。上述した電磁ファン用電力供給源は、単独であるいは組み合わせて使用することができる。

なお、上述した実施形態では、排気マニホルド５内の排ガスを吸気マニホルド４に送出する場合を例示したが、これに限定されない。排気マニホルド５内の排ガスの送出先は、エンジン１の吸気マニホルド４以外の他の部位であってもよい。例えば、エンジン１に排ガス用の貯留タンクを別途設けておき、この貯留タンクに排気マニホルド５内の排ガスを送出して一時的に貯留するようにしてもよい。

ここで開示される技術の好ましい適当対象として、エタノールの含有率が２０質量％以上というエタノール濃度の高い燃料を使用するエンジン１が挙げられる。例えば、エタノールの含有率が２０質量％以上（例えば４０質量％以上、典型的には６０質量％以上）の燃料を使用するエンジン１が例示される。このようなエタノール濃度の高い燃料を使用するエンジン１は、ガスセンサ素子３０に排ガス成分が吸着しやすく、エンジン始動時にコールドシュート現象が起こりやすい。したがって、該排ガス成分の吸着を有効に防止できる本発明の制御装置１００は、上記のようなエタノール濃度の高い燃料を使用するエンジン１に対して、特に好適に適用され得る。

以下、本発明に関する試験例を説明するが、本発明を以下の試験例に示すものに限定することを意図したものではない。

エンジン１の排気マニホルド５内に、図２に示すＡ／Ｆセンサ３０を配置した。また、図１に示すように、排気マニホルド５と吸気マニホルド４とを接続する接続配管５０を設置し、該接続配管５０の途上に電磁ファン５２を設けた。そして、エンジン１を駆動状態から停止状態に切り替え、エンジン１が停止してから所定時間ｔの間、電磁ファン５２を作動させることにより、排気マニホルド５内の排ガスを吸気マニホルド４側に送出した。その後、再びエンジンを始動し、エンジン始動直後にセンサ出力がリッチ側に振れてから、センサ出力が正常位置に戻るまでに要した時間（ＣＳ収束時間Ｔ、図７参照）を調べた。ここでは燃料としてエタノール含有燃料を使用した。エタノールの含有率は４０質量％とした。結果を図５に示す。図５は、排ガス排出時間（分）とＣＳ収束時間（秒）との関係を示すグラフである。

図５から明らかなように、エンジン停止直後に排気マニホルド５内から排ガスを排出しなかった例１では、ＣＳ収束時間が１０秒を超え、センサ始動性に欠けていた。これに対し、エンジン停止直後に排気マニホルド５内から排ガスを排出した例２〜例８では、ＣＳ収束時間が５秒を下回り、センサ始動性が良好であった。ここで供試したサンプルの場合、排ガスの排出時間を５分以上にすることによって、５秒以下という極めて短いＣＳ収束時間を実現できた（例２〜例８）。ＣＳ収束時間を短くする観点からは、排ガスの排出時間を５分以上にすることが好ましい。その一方、排ガスの排出時間が３０分を上回った例６〜８は、排出時間を概ね３０分とした例５と効果がさほど変わらなかった。この結果から、排ガスの排出時間は概ね５分〜３０分程度とすることが好ましい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

１ 内燃機関（エンジン）
２ 燃焼室
４ 吸気マニホルド
５ 排気マニホルド
５ａ 逆流防止弁
６ 吸気ダクト
１２ 排気通路
３０ ガスセンサ素子
３２ 固体電解質層
３４ａ 基準電極
３４ｂ 測定電極
３６ 保護層
３７ ヒーター
３８ トラップ層
４０ 排ガス浄化用触媒
５０ 接続配管
５２ 電磁ファン
５４ 制御弁
６０ ＥＣＵ
６２ 電磁ファン制御部
６４ エンジン制御部
６５ 電力供給部
６６ タイマー
６８ スイッチ回路
７０ イグニッションスイッチ
７２ バッテリ
７４ａ 太陽電池パネル
７４ｂ 熱電素子
１００ 制御装置

Claims (7)

1. 少なくともアルコールを含む燃料を使用する内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関は、前記燃料を燃焼する燃焼室と、該燃焼室よりも上流側に配置された吸気経路と、該燃焼室よりも下流側に配置された排気マニホルドと、該排気マニホルドよりも下流側に配置された排気通路と、を備え、
   前記排気マニホルドには、ガスセンサ素子が設けられており、
   ここで前記制御装置は、前記内燃機関が停止してから所定時間ｔの間、前記排気マニホルド内の排ガスを該排気マニホルドの外部に排出するように構成されている、内燃機関の制御装置。
2. 前記所定時間ｔが、５分≦ｔ≦３０分である、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記吸気経路と前記排気マニホルドとを接続する接続配管を備え、
   前記接続配管の途上には、電磁ファンが設けられており、
   前記制御装置は、前記内燃機関が停止してから所定時間ｔの間、前記電磁ファンを作動させることにより、前記排気マニホルド内の排ガスを前記接続配管を介して前記吸気経路に送出するように構成されている、請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記排気マニホルドには、熱電素子が設けられており、
   前記電磁ファンを前記熱電素子の起電力により作動させる、請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記制御装置は、前記内燃機関が停止してから所定時間ｔの間、前記排気マニホルド内の排ガスを該排気マニホルドの外部に排出し、かつ、前記排気マニホルドよりも下流側に配置された前記排気通路内の排ガスが前記排気マニホルドに逆流しないように構成されている、請求項１〜４の何れか一つに記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記ガスセンサ素子は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質層が測定電極と基準電極とに挟持されており、前記測定電極上に金属酸化物からなる多孔質の保護層が形成され、前記保護層の少なくとも一部を覆うように金属化合物からなるトラップ層が形成されている、請求項１〜５の何れか一つに記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記アルコールは、エタノールであり、
   前記燃料は、前記エタノールの含有率が２０質量％以上である、請求項１〜６の何れか一つに記載の内燃機関の制御装置。
   
   
   
   
   

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