JP2012082835A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】 空燃比センサのヒータＯＮ時に生じる放射ノイズを低減する。
【解決手段】 第１排気通路４に空燃比センサ７が配置され、第２排気通路に第２空燃比センサ１１が配置されている。そして第１空燃比センサ７と第２空燃比センサ１１とは、駆動信号を出すタイミング、すなわち、センサ内蔵ヒータのヒータＯＮタイミング及びヒータＯＦＦタイミングが互いに異なるよう制御されている。これによって、第１空燃比センサ７及び第２空燃比線センサ１１のヒータＯＮ時に生じる放射ノイズを低減することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関、特に排気系統に複数の空燃比センサを有する内燃機関に関する。

内燃機関の排気系に空燃比センサと触媒とを配置し、空燃比センサで検出した空燃比のリッチ・リーン信号等を基に、燃料噴射量の増減を繰り返し行い、空燃比を触媒の転化率の高い理論空燃比付近の狭い範囲に制御するいわゆる空燃比フィードバック制御は、近年一般的に実施されている。

このようなう空燃比フィードバック制御に用いられる空燃比センサは、空燃比の検出精度を維持するために、空燃比センサの空燃比検出素子が活性化状態に保たれることが不可欠であり、例えば特許文献１には、機関始動時から上記空燃比検出素子をヒータにより加熱し、早期活性化させてその活性化状態を維持するようにヒータの通電制御を行う技術が開示されている。
特開２０００−２９２４０７号公報

ここで、空燃比センサの空燃比検出素子を加熱するヒータの制御は、現状、空燃比センサが排気系に複数個配置されている場合であっても、全てのヒータが同時に対応する空燃比センサ素子を加熱するよう制御されている。すなわち、ヒータの通電制御は、例えば、ＥＣＭ（エンジンコントロールモジュール）により、複数ある空燃比センサのヒータに、同時にヒータＯＮまたはヒータＯＦＦの指令を出すものとなっている。

そのため、空燃比センサが複数ある場合、全てのヒータが同時にヒータＯＮ、ヒータＯＦＦとなるために信号が干渉し、放射ノイズレベルが相対的に高くなり、車載のラジオ等の音源にノイズがのってしまう虞がある。また、全てのヒータが同時にヒータＯＮ、ヒータＯＦＦすることで、電源変動が大きくなる虞がある。

そこで、本発明は、排気系統に複数の空燃比センサを有する内燃機関において、複数の空燃比センサは少なくとも２つ以上のグループに制御上区別され、これら各グループ毎に空燃比センサの駆動信号を出すタイミングが異なっていることを特徴としている。

本発明によれば、複数の空燃比センサに出される駆動信号が分散されることになり、空燃比センサの駆動信号によって生じる放射ノイズが互い干渉することを防止することができ、放射ノイズレベルを低減することができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明に係る内燃機関の第１実施形態を模式的に示した説明図であって、本発明が適用された６気筒のＶ型エンジン１の排気系を模式的に示したものである。

Ｖ型エンジン１の一方のバンク１ａには排気マニホールド３ａを介して第１排気通路４が接続されている。第１排気通路４には、第１上流側三元触媒５と、第１上流側三元触媒５よりも排気下流側に位置する第１下流側三元触媒６とが介装されていると共に、第１上流側三元触媒５の上流側、すなわち第１上流側三元触媒５の排気入口側に排気空燃比を検出する第１空燃比センサ７が配置されている。第１空燃比センサ７は、内部のセンサ素子を活性化させるためのセンサ内蔵ヒータ（図示せず）を備え、Ｖ型エンジン１の運転制御を行うエンジンコントロールモジュール（以下、ＥＣＭと略す）１５に検出値を出力していると共に、ＥＣＭ１５により上記センサ内蔵ヒータの駆動制御がなされている。

Ｖ型エンジン１の他方のバンク１ｂには排気マニホールド３ｂを介して第２排気通路８が接続されている。第２排気通路８には、第２上流側三元触媒９と、第２上流側三元触媒９よりも排気下流側に位置する第２下流側三元触媒１０とが介装されていると共に、第２上流側三元触媒９の上流側、すなわち第２下流側三元触媒９の排気入口側に排気空燃比を検出する第２空燃比センサ１１が配置されている。第２空燃比センサ１１は、内部のセンサ素子を活性化させるためのセンサ内蔵ヒータ（図示せず）を備え、ＥＣＭ１５に検出値を出力していると共に、ＥＣＭ１５により上記センサ内蔵ヒータの駆動制御がなされている。

センサ内蔵ヒータの駆動制御とは空燃比センサ７，１１の駆動制御であり、センサ内蔵ヒータに対して電力を供給するタイミングと電力の供給を終了するタイミングとを制御するということである。

尚、第１排気通路４と第２排気通路９とは、第１下流側三元触媒６及び第２下流側三元触媒１０の下流側で合流している。

ここで、上記各センサ内蔵ヒータに対して通電するタイミング（ヒータＯＮタイミング）と通電を終了するタイミング（ヒータＯＦＦタイミング）には、放射ノイズが発生する。つまり、空燃比センサの駆動信号であるセンサ内蔵ヒータへの通電信号のＯＮ／ＯＦＦにより放射ノイズが発生する。この放射ノイズは、複数の空燃比センサの通電開始時（ヒータＯＮタイミング）もしくは通電終了時（ヒータＯＦＦタイミング）を一致させると、各放射ノイズが互いに干渉することになり、例えば、上述した第１空燃比センサ７と第２空燃比センサ１１において、センサ内蔵ヒータのヒータＯＮタイミングとヒータＯＦＦタイミングとを一致させると、図２に示すように相対的に大きな放射ノイズが発生することになる。

これに対して、この第１実施形態の内燃機関においては、図３に示すように、第１空燃比センサ７に対する通電のタイミングと第２空燃比センサ１１に対する通電のタイミングとがずれるようにＥＣＭ１５で制御する。

つまり、第１空燃比センサ７の通電開始時（ヒータＯＮタイミング）に対して、第２空燃比センサ１１の通電開始時（ヒータＯＮタイミング）及び通電終了時（ヒータＯＦＦタイミング）のいずれもが一致せず、第１空燃比センサ７の通電終了時（ヒータＯＦＦタイミング）に対して、第２空燃比センサ１１の通電開始時（ヒータＯＮタイミング）及び通電終了時（ヒータＯＦＦタイミング）のいずれもが一致しないようにすることで、放射ノイズ同士の干渉を防止し、センサ内蔵ヒータへの通電開始時（ヒータＯＮタイミング）及び通電終了時（ヒータＯＦＦタイミング）に発生する放射ノイズレベルを低減している。

詳述すると、この第１実施形態においては、第１空燃比センサ７のセンサ内蔵ヒータへの通電開始のタイミングに対して、第２空燃比センサ１１のセンサ内蔵ヒータへの通電開始のタイミングが５０ｍｓ遅れるように、ＥＣＭ１５により各センサ内蔵ヒータに対する通電が制御されている。換言すれば、排気系統全体で、２つの空燃比センサを有する場合には、２つの空燃比センサ間で通電タイミングが５０ｍｓずれるようにセンサ内蔵ヒータに対する通電が制御されている。

このような第１実施形態においては、第１空燃比センサ７の駆動信号を出すタイミングと第２空燃比センサ１１の駆動信号を出すタイミングがずれているので、ヒータＯＮタイミング及びヒータＯＦＦタイミングにおける放射ノイズレベルを低減することができると共に、各センサ内蔵ヒータに電力を供給するバッテリ（図示せず）の電圧変動（電源変動）を低減することができる。

また、放射ノイズレベルを低減することができるので、車載のラジオ等の音源にノイズがのってしまうことを防止することができると共に、放射ノイズ低減用のコンデンサやフィルタ回路等を必要としないのでコスト低減を図ることができる。

以下、本発明の他の実施形態について説明していくが同一の構成要素に対しては同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、以下の各実施形態における空燃比センサは、上述した第１実施形態の空燃比センサ７，１１と同様に、内部のセンサ素子を活性化させるためのセンサ内蔵ヒータ（図示せず）を備えるものとする。

図４は、本発明の第２実施形態を示している。この第２実施形態は、４気筒の直列エンジン２１の排気通路２２に介装された三元触媒２３の上流側と下流側に上流側空燃比センサ２４、下流側空燃比センサ２５が配置されたものである。

この第２実施形態は、上述した第１実施形態と同様に、排気系統全体で、２つの空燃比センサ２４，２５を有するものであって、上述した図３に示すように、２つの空燃比センサ間で通電タイミングが５０ｍｓずれるように各センサ内蔵ヒータに対する通電が制御されている。詳述すると、この第２実施形態においては、駆動信号はまず上流側空燃比センサ２４に出され、５０ｍｓ後に下流側空燃比センサ２５に出されている。

このような第２実施形態においても上述した第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

尚、この第２実施形態は、単一の排気系統に複数の空燃比センサが配置されたものである。

図５は、本発明の第３実施形態を示している。この第３実施形態は、４気筒の直列エンジン３１の排気通路３２に、上流側三元触媒３３と上流側三元触媒３３よりも排気下流側に位置する下流側三元触媒３４とが介装されている。そして、上流側三元触媒３３の上流側に第１空燃比センサ３５が配置され、上流側三元触媒３３と下流側三元触媒３４との間に第２空燃比センサ３６が配置され、下流側三元触媒３４の下流側には第３空燃比センサ３７が配置されている。

つまり、この第３実施形態は、排気系統全体で、３つの空燃比センサ３５，３６，３７を有するものであって、図６に示すように、３つの空燃比センサ間で通電タイミングが３０ｍｓづつずれるように各センサ内蔵ヒータに対する通電が制御されている。詳述すると、この第３実施形態においては、駆動信号はまず第１空燃比センサ３５に出され、その３０ｍｓ後に第２空燃比センサ３６にだされ、さらにその３０ｍｓ後に第３空燃比センサ３７に出されている。

このような第３実施形態においても上述した第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

尚、この第３実施形態は、単一の排気系統に複数の空燃比センサが配置されたものである。

図７は、本発明の第４実施形態を示している。この第４実施形態は、上述した第１実施形態の６気筒のＶ型エンジン１と略同一構成となっているが、第１排気通路４には、第１上流側三元触媒５と第１下流側三元触媒６との間に第３空燃比センサ４１が配置され、第２排気通路８には、第２上流側三元触媒９と第２下流側三元触媒１０との間に第４空燃比センサ４２が配置されている。

つまり、この第４実施形態は、排気系統全体で、４つの空燃比センサ７，１１，４１，４２を有するものであって、図８に示すように、４つの空燃比センサ間で通電タイミングが２０ｍｓづつずれるように各センサ内蔵ヒータに対する通電が制御されている。

詳述すると、この第４実施形態においては、駆動信号はまず第１空燃比センサ７に出され、その後２０ｍｓ経過毎に、第２空燃比センサ１１、第３空燃比センサ４１、第４空燃比センサ４２の順番で出されている。

このような第４実施形態においても上述した第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

図９は、本発明の第５実施形態を示している。この第５実施形態は、上述した第１実施形態の６気筒のＶ型エンジン１と略同一構成となっているが、第１排気通路４には、第１上流側三元触媒５と第１下流側三元触媒６との間に第３空燃比センサ４１が配置され、第１下流側三元触媒６の排気下流側には第５空燃比センサ４３が配置されている。また、第２排気通路８は、第２上流側三元触媒９と第２下流側三元触媒１０との間に第４空燃比センサ４２が配置され、第２下流側三元触媒１０の排気下流側には第６空燃比センサ４４が配置されている。

つまり、この第５実施形態は、排気系統全体で、６つの空燃比センサ７，１１，４１，４２，４３，４４を有するものであって、図１０に示すように、６つの空燃比センサ間で通電タイミングが１０ｍｓづつずれるように各センサ内蔵ヒータに対する通電が制御されている。

詳述すると、この第５実施形態においては、駆動信号はまず第１空燃比センサ７に出され、その後１０ｍｓ経過毎に、第２空燃比センサ１１、第３空燃比センサ４１、第４空燃比センサ４２、第５空燃比センサ４３、第６空燃比センサ４４の順番で出されている。

このような第５実施形態においても上述した第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

尚、上述した各実施形態においては、排気系統に配置された全ての空燃比センサの各センサ内蔵ヒータへの通電信号のＯＮ／ＯＦＦタイミングが互いに一致しないように設定されているが、排気系統に配置された複数の空燃比センサを少なくとも２つ以上のグループに制御上区別して、これら各グループ毎に空燃比センサの各センサ内蔵ヒータへの通電信号のＯＮ／ＯＦＦタイミングが異なるように設定することも可能である。すなわち、上記各グループ内の空燃比センサ同士は、センサ内蔵ヒータへの通電信号のＯＮ／ＯＦＦタイミングが同じとなるように設定し、上記各グループ間でセンサ内蔵ヒータへの通電信号のＯＮ／ＯＦＦタイミングが異なるように設定することも可能である。

この場合にも、上述した第１〜５実施形態と同様の作用効果を得られるが、上記グループ内では、通電信号のＯＮ／ＯＦＦタイミングが一致して放射ノイズが互いに干渉してしまう点で、上述した第１〜第５実施形態に比べると不利である。

また、Ｖ型エンジンの場合には、各バンク毎に空燃比センサの各センサ内蔵ヒータへの通電信号のＯＮ／ＯＦＦタイミングが異なるように設定するようにしてもよい。すなわち、上述した第４、第５実施形態において、一方のバンク１ａに接続された第１排気通路４に設けられた各空燃比センサの各センサ内蔵ヒータへの通電信号のＯＮ／ＯＦＦタイミングが同じとなるように設定し、他方のバンク１ｂに接続された第２排気通路８に設けられた各空燃比センサの各センサ内蔵ヒータへの通電信号のＯＮ／ＯＦＦタイミングが同じとなるように設定し、一方のバンク１ａ側の空燃比センサと他方のバンク１ｂ側の空燃比センサとでセンサ内蔵ヒータへの通電信号のＯＮ／ＯＦＦタイミングが異なるように設定するようにしてもよい。

この場合にも、上述した第１〜５実施形態と同様の作用効果を得られるが、同一バンク側の空燃比センサ同士は、通電信号のＯＮ／ＯＦＦタイミングが一致して放射ノイズが互いに干渉してしまう点で、上述した第１〜第５実施形態に比べると不利である。

また、上述した実施形態における空燃比センサとしては、排気空燃比のリッチ・リーンのみを検出するものでも、排気空燃比を広範囲に検出可能な広域型の空燃比センサであってもよい。

上記実施形態から把握し得る本発明の技術的思想について、その効果とともに列記する。

（１） 排気系統に複数の空燃比センサを有する内燃機関において、複数の空燃比センサは少なくとも２つ以上のグループに制御上区別され、これら各グループ毎に空燃比センサの駆動信号を出すタイミングが異なっている。これによって、複数の空燃比センサに出される駆動信号が分散されることになり、空燃比センサの駆動信号によって生じる放射ノイズが互い干渉することを防止することができ、放射ノイズレベルを低減することができる。

（２） 上記（１）に記載の内燃機関は、具体的には、左右バンクに各空燃比センサを有し、各バンク毎に空燃比センサの駆動信号を出すタイミングが異なっている。

（３） 上記（１）に記載の内燃機関は、具体的には、単一の排気系統に複数の空燃比センサを有する。

（４） 上記（１）〜（３）のいずれかに記載の内燃機関において、空燃比センサの駆動信号のタイミングは、全ての空燃比センサ同士で互いに異なるように設定されている。これによって、放射ノイズレベルを一層低減することができる。

（５） 上記（１）〜（４）のいずれかに記載の内燃機関において、空燃比センサの駆動信号を出すタイミングとは、空燃比センサのセンサ素子を加熱するヒータに対して電力を供給するタイミングと電力の供給を終了するタイミングである。全てにヒータに同時に電力供給が開始されると電源変動が大きくなる虞があるが、複数の空燃比センサに出される駆動信号が分散されるので、電源変動（電圧変動）を低減できる。

本発明に係る内燃機関の第１実施形態を模式的に示した説明図。 通電タイミングを一致させた２つの空燃比センサの通電タイミングと放射ノイズの相関を示すタイミングチャート。 第１実施形態における空燃比センサの通電タイミングと放射ノイズの相関を示すタイミングチャート。 本発明に係る内燃機関の第２実施形態を模式的に示した説明図。 本発明に係る内燃機関の第３実施形態を模式的に示した説明図。 第３実施形態における空燃比センサの通電タイミングと放射ノイズの相関を示すタイミングチャート。 本発明に係る内燃機関の第４実施形態を模式的に示した説明図。 第４実施形態における空燃比センサの通電タイミングと放射ノイズの相関を示すタイミングチャート。 本発明に係る内燃機関の第４実施形態を模式的に示した説明図。 第５実施形態における空燃比センサの通電タイミングと放射ノイズの相関を示すタイミングチャート。

１…Ｖ型エンジン
７…第１空燃比センサ
１１…第２空燃比センサ
１５…ＥＣＭ

そこで、本発明は、ラジオを備えた車両に搭載され、排気系統に複数の空燃比センサを有する内燃機関において、前記空燃比センサのセンサ素子を加熱するヒータに対して電力を供給するタイミングと電力の供給を終了するタイミングとが、前記車載のラジオの音源にノイズがのらないように、全ての空燃比センサ同士で互いに異なっていることを特徴としている。

Claims (5)

1. 排気系統に複数の空燃比センサを有する内燃機関において、
   複数の空燃比センサは少なくとも２つ以上のグループに制御上区別され、これら各グループ毎に空燃比センサの駆動信号を出すタイミングが異なっていることを特徴とする内燃機関。
2. 内燃機関は、左右バンクに各空燃比センサを有し、各バンク毎に空燃比センサの駆動信号を出すタイミングが異なっていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 内燃機関は、単一の排気系統に複数の空燃比センサを有するものであることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
4. 空燃比センサの駆動信号のタイミングは、全ての空燃比センサ同士で互いに異なるように設定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関。
5. 空燃比センサの駆動信号を出すタイミングとは、空燃比センサのセンサ素子を加熱するヒータに対して電力を供給するタイミングと電力の供給を終了するタイミングであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関。

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