(57)【要約】【課題】酸素センサが活性化した直後の運転状態では酸素センサの反応が鈍く、エンジンの運転状態に基づいて設定された制御利得の小さい暖機運転中などではディレイ期間が長くなり、このような酸素センサの活性化直後においてその時の制御利得に基づいて空燃比変化の判定のためのディレイ時間を変更すると、制御周期が長くなって、空燃比が目標空燃比からはずれる場合が生じた。【解決手段】排気通路に設けられる触媒と、触媒の上流側に設けられる酸素センサとを備える内燃機関において、酸素センサが活性化したことを検出した後の酸素センサの出力に基づいて設定した空燃比補正定数を用いて空燃比を制御する内燃機関の空燃比制御方法であって、酸素センサが活性化したことを検出した直後から経過時間を計時し、酸素センサが十分に活性化されるまでの所定時間に計時した経過時間が達するまでは空燃比の判定後の空燃比制御の応答を早くする方向に空燃比補正定数を調整する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に設けられる触媒と、触媒の上流側に設けられる酸素センサとを備える内燃機関において、酸素センサが活性化したことを検出した後の酸素センサの出力に基づいて設定した空燃比補正定数を用いて空燃比を制御する内燃機関の空燃比制御方法であって、
酸素センサが活性化したことを検出した直後から経過時間を計時し、
酸素センサが十分に活性化されるまでの所定時間に計時した経過時間が達するまでは空燃比の判定後の空燃比制御の応答を早くする方向に空燃比補正定数を調整する内燃機関の空燃比制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気通路に設ける酸素センサの出力に基づいて空燃比を制御する内燃機関の空燃比制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関、特には自動車に搭載されるエンジンでは、排気ガスを排出基準に合わせるために、排気通路に触媒を設けるとともに、排気ガスが含む酸素の量を酸素センサにより空燃比を制御して、排気ガスを浄化している。例えば、特許文献１には、酸素センサからの状態変化時点の検出値とディレイ期間経過後の検出値とが同値であるとき空燃比の変化を判定し、空燃比の変化の判定に基づきエンジンの運転状態に応じて予め設定された制御利得に応じてディレイ期間を変更して空燃比をフィードバック制御する空燃比制御装置が記載されている。
【特許文献１】特開平２‐２１５９４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、酸素センサは、それ自体の温度が所定の温度以上にならないと、検出すべき空燃比の変化に応じてその出力信号を正確に示さないことが知られている。また、酸素センサの温度が所定の温度以上になった直後、つまり酸素センサが活性化した直後の運転状態では、酸素センサの反応が鈍い。上述した構成のものでは、制御利得に小さい暖機運転中などではディレイ期間が長くなり、このような酸素センサの活性化直後においてその時の制御利得に基づいてディレイ時間を変更すると、制御周期が長くなって、空燃比が目標空燃比からはずれる場合が生じた。その結果、触媒における排気ガスの浄化率が低下することがあった。
【０００４】
そこで本発明は、このような不具合を解消することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
すなわち、本発明の内燃機関の空燃比制御方法は、排気通路に設けられる触媒と、触媒の上流側に設けられる酸素センサとを備える内燃機関において、酸素センサが活性化したことを検出した後の酸素センサの出力に基づいて設定した空燃比補正定数を用いて空燃比を制御する内燃機関の空燃比制御方法であって、酸素センサが活性化したことを検出した直後から経過時間を計時し、酸素センサが十分に活性化されるまでの所定時間に計時した経過時間が達するまでは空燃比の判定後の空燃比制御の応答を早くする方向に空燃比補正定数を調整することを特徴とする。
【０００６】
このような構成によれば、酸素センサが活性化した直後からの経過時間を検出して、所定時間に達するまでの期間は酸素センサが十分に活性化していないと判定している。そして、経過時間がその判定のための所定期間に達するまでは、空燃比の判定後の空燃比制御の応答を早くする方向に空燃比補正定数を調整する。したがって、空燃比の制御周期が長くなり空燃比が目標空燃比に制御しにくくなることを抑制することが可能になる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、以上説明したような構成であり、酸素センサが活性化した直後から所定時間が経過するまでの、酸素センサが十分に活性化していない期間において、空燃比の判定後の空燃比制御の応答を早くする方向に空燃比補正係数を調整することで、空燃比の制御周期が長くなり空燃比が目標空燃比に制御しにくくなることを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【０００９】
図１に概略的に示したエンジン１００は、その１気筒の構成を代表して図示する、自動車用の火花点火式４サイクル４気筒のものである。エンジン１００の吸気系１には図示しないアクセルペダルに応動して開閉するスロットルバルブ２が配設され、その下流側にはサージタンク３が設けられている。サージタンク３に連通する一方の端部近傍には、さらに燃料噴射弁５が設けてあり、その燃料噴射弁５を、電子制御装置６により制御するようにしている。燃焼室７を形成するシリンダヘッド８には、吸気弁９及び排気弁１０が配設されるとともに、火花を発生するスパークプラグ１１が取り付けてある。また排気系１２には、図示しないマフラに至るまでの排気管路１３に触媒である三元触媒１４が配設され、排気ガス中の酸素濃度を測定して空燃比を制御するための信号を出力する酸素センサたる主Ｏ2センサ１５が、その三元触媒１４の上流の位置に配設されているとともに、同じく空燃比を検出する検出手段たる副Ｏ2センサ１６が三元触媒１４の下流に配設されている。主Ｏ2センサ１５及び副Ｏ2センサ１６は、排気ガス中の酸素濃度つまり空燃比に応じて２値の出力信号ｈを出力するものである。なお、この実施形態の主Ｏ2センサ１５及び副Ｏ2センサ１６はそれぞれ、活性化を促進するためにヒータを備えており、エンジン１００の始動と同時にヒータに通電されるように構成してある。
【００１０】
電子制御装置６は、中央演算処理装置１７と、記憶装置１８と、入力インターフェース１９と、出力インターフェース２０とを具備してなるマイクロコンピュータシステムを主体に構成されている。入力インターフェース１９には、サージタンク３内の圧力すなわち吸気管圧力を検出するための吸気圧センサ２１から出力される吸気圧信号ａ、エンジン１００の回転状態を検出するためのカムポジションセンサ２２から出力される気筒判別信号Ｇ１とクランク角度基準位置信号Ｇ２とエンジン回転数信号ｂ、車速を検出するための車速センサ２３から出力される車速信号ｃ、スロットルバルブ２の開閉状態を検出するためのアイドルスイッチ２４から出力されるＩＤＬ信号ｄ、エンジン１００の冷却水温を検出するための水温センサ２５から出力される水温信号ｅ、上記した主Ｏ2センサ１５から出力される出力信号（電圧信号）ｈ、副Ｏ2センサ１６から出力される出力信号（電圧信号）ｋ等が入力される。一方、出力インターフェース２０からは、燃料噴射弁５に対して燃料噴射信号ｆが、またスパークプラグ１１に対してイグニションパルスｇが出力されるようになっている。
【００１１】
電子制御装置６には、吸気圧センサ２１から出力される吸気圧信号ａとカムポジションセンサ２２から出力される回転数信号ｂとを主な情報とし、エンジン１００の運転状態に応じて決まる各種の補正係数で基本噴射時間（基本噴射量）を補正して燃料噴射弁開成時間すなわちインジェクタ最終通電時間Ｔを決定し、その決定された通電時間により燃料噴射弁５を制御して、エンジン負荷に応じた燃料を吸気系１に噴射させるためのプログラムが内蔵してある。基本噴射量を補正する補正係数としては、吸気温度に応じた増量をするための吸気温度補正係数、空燃比をフィードバック制御する場合のフィードバック補正係数ＦＡＦ、出力を要求された場合のパワー増量補正係数などがある。
【００１２】
エンジン１００が暖機完了の状態となり、しかも主Ｏ2センサ１５及び副Ｏ2センサ１６が完全に活性化している状態において空燃比のフィードバック制御を実行する際には、実際の空燃比がほぼ理論空燃比近傍となるようにフィードバック補正係数ＦＡＦを主Ｏ2センサ１５からの出力信号ｈに応じて、例えば図２に示すように変化させるものである。
【００１３】
すなわち、主Ｏ2センサ１５の出力信号ｈが判定値を上回ってリッチ状態を検出している際には、フィードバック補正係数ＦＡＦを所定の積分定数ＫＩＭを用いて燃料を減量する方向に徐々に減少させていく。一方、主Ｏ2センサ１５の出力信号ｈが判定電圧を下回ってリーン状態を検出している際には、出力信号ｈが判定電圧に達してから遅延時間ＴＤＬが経過した時点で、フィードバック補正係数ＦＡＦを一定のスキップ値ＲＳＰだけ燃料を増量する側にスキップし、その後にフィードバック補正係数ＦＡＦを所定の積分定数ＫＩＰを用いて燃料を増量する側に増加させていく。さらに、燃料を増量した結果、主Ｏ2センサ１５がリッチ状態を検出した場合には、主Ｏ2センサ１５の出力信号ｈが判定電圧を上回る時点から所定の遅延時間ＴＤＲが経過した後に、フィードバック補正係数ＦＡＦを一定のスキップ値ＲＳＭだけ燃料を減量する側にスキップし、その後にフィードバック補正係数ＦＡＦを所定の積分定数ＫＩＭを用いて燃料を減量する側に減量させていく。そして、フィードバック補正係数ＦＡＦに対して上述の操作を繰り返し実行することにより、実際の空燃比を理論空燃比に近づけるようにしている。
【００１４】
なお、この実施形態では、前述した各空燃比補正定数の内、積分定数ＫＩＭ、ＫＩＰとスキップ値ＲＳＰ、ＲＳＭとは一定値に設定しているが、主Ｏ2センサ１５が完全に活性化した後は、遅延時間ＴＤＲ，ＴＤＬは副Ｏ2センサ１６の出力信号ｋに応じて変化させるようにしている。
【００１５】
そして、その空燃比制御プログラムにあっては、酸素センサである主Ｏ2センサ１５が活性化したことを検出した後の主Ｏ2センサ１５の出力に基づいて空燃比を制御するもので、主Ｏ2センサ１５が活性化したことを検出した直後から経過時間を計時し、主Ｏ2センサ１５が十分に活性化されるまでの所定時間に計時した経過時間が達するまでは空燃比の判定後の空燃比制御の応答を早くする方向に空燃比補正定数を調整するものである。
【００１６】
この実施形態の空燃比制御プログラムを、図３を参照して説明する。なお、この空燃比制御プログラムは、エンジン１００を始動する場合に所定時間だけ実行されるものである。
【００１７】
まずステップＳ１では、主Ｏ2センサ１５が活性化しているか否かを判定する。主Ｏ2センサ１５の活性化は、その出力信号ｈの状態に基づいて判定する。主Ｏ2センサ１５が活性化していない場合、その出力信号ｈは活性化している場合に比べて緩慢な反応を呈する。具体的には例えば、出力信号ｈの立ち上がり又は立ち下がりの傾き（速度）により主Ｏ2センサ１５の活性化を判定する。主Ｏ2センサ１５は、活性化判定直後から所定時間の間においても、完全に活性化した場合に比較して、出力信号ｈがやや緩慢な反応を示すものである。
【００１８】
ステップＳ１において、主Ｏ2センサ１５が活性化したと判定した場合、ステップＳ２において空燃比補正定数を調整する。この実施形態の場合、空燃比補正定数としての遅延時間ＴＤＲ、ＴＤＬを制御可能な範囲で最小値に調整する。遅延時間ＴＤＲ、ＴＤＬは、主Ｏ2センサ１５が完全に活性化した後の最小値にほぼ等しいものであってよく、０には設定しない。このように、遅延時間ＴＤＲ、ＴＤＬを最小値に調整することで、空燃比の制御、つまり燃料噴射量の増減制御のタイミングを早くすることにより、実際の空燃比が大きく制御範囲からはずれることを抑制する。
【００１９】
ステップＳ３では、主Ｏ2センサ１５が活性化したと判定した後、所定時間が経過したかを判定する。この場合、所定時間は、主Ｏ2センサ１５を十分に活性化させるのに要する時間に設定する。すなわち、主Ｏ2センサ１５は、その温度が所定値以上になることで機能するので、ヒータによる加熱により温度が所定値以上になるまでに要する時間により設定する。
【００２０】
このような構成において、例えば冬季などエンジン１００が冷えている場合に始動すると、主Ｏ2センサ１５が活性化するまでは、ステップＳ１を繰り返し実行し、主Ｏ2センサ１５が活性化した時点以降は、所定時間が経過するまでの間、ステップＳ２とステップＳ３とをこの順に繰り返し実行する。これにより、所定時間の間は遅延時間ＴＤＲ、ＴＤＬを短く設定して、空燃比を制御するものである。すなわち、主Ｏ2センサ１５の出力信号ｈが緩慢に変化して、空燃比がリッチである状態からリーンである状態に出力信号ｈが反転しても、遅延時間ＴＤＲ、ＴＤＬを最小値に設定することによりフィードバック補正係数ＦＡＦが早く切り替わる。このことは、フィードバック補正係数ＦＡＦの増減の周期を短くするもので、主Ｏ2センサ１５の出力信号ｈが緩慢であってもフィードバック補正係数ＦＡＦの周期が短くなることで、実際の空燃比の変化周期が短くなり、出力信号ｈの緩慢な変化を吸収するものである。
【００２１】
したがって、活性化直後における主Ｏ2センサ１５の出力信号の反応が緩慢である場合に、空燃比の判定後の空燃比制御の応答を早くする方向に遅延時間ＴＤＲ、ＴＤＬひいてはフィードバック補正係数ＦＡＦを調整するので、空燃比の制御周期が長くなることを抑制することができる。
【００２２】
又、一旦エンジン１００を運転し、暖機が完了した後に運転を停止し、その後、再度エンジン１００を始動する場合にあっては、エンジン１００の温度が暖機後の状態を保持していても主Ｏ2センサ１５の温度は活性化の温度以下に低下している。このような場合にあっても、空燃比制御プログラムを実行して、出力信号が緩慢な反応を示す活性化直後の主Ｏ2センサ１５により空燃比制御を行うものである。すなわち、エンジン１００自体は、運転を休止している間に冷えるものの暖機後の状態であるが、主Ｏ2センサ１５は運転の休止の間に活性化が必要な温度まで低下するので、主Ｏ2センサ１５が活性化しているか否かを判定し（ステップＳ１）、活性化したと判定した直後から所定時間が経過するまでの間、空燃比補正定数を調整する（ステップＳ２、ステップＳ３）。
【００２３】
以上に説明したように、冷間始動時及び暖機後において主Ｏ2センサ１５が未活性化の状態まで冷えた後の再始動時において、主Ｏ2センサ１５の活性化直後から十分に活性化するまでの期間、遅延時間ＴＤＲ、ＴＤＬを短くすることで、適正に空燃比を制御して排気ガスの浄化率を向上させるものである。
【００２４】
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。
【００２５】
上述の実施形態においては、空燃比補正定数としての遅延時間ＴＤＲ、ＴＤＬを説明したが、フィードバック補正係数ＦＡＦを制御するスキップ値ＲＳＰ、ＲＳＭ又は積分定数ＫＩＭ、ＫＩＰであってもよい。この場合、スキップ値ＲＳＰ、ＲＳＭはその値を小さくするように調整し、積分定数ＫＩＭ、ＫＩＰはその変化の割合を小さくするように調整する。このように、フィードバック補正係数ＦＡＦのスキップ値ＲＳＰ、ＲＳＭ又は積分定数ＫＩＭ、ＫＩＰを調整することにより、フィードバック補正係数ＦＡＦの可変範囲つまり振幅が小さくなり、上述の実施形態と同等の効果を奏するものである。
【００２６】
又、以上においては、触媒の前後にＯ2センサを配したエンジンを説明したが、上述の実施形態における主Ｏ2センサ１５のみを有するエンジンに適用するものであってよい。
【００２７】
加えて、主Ｏ2センサ１５の活性化判定は、エンジン１００の始動からの経過時間により判定するものであってもよい。
【００２８】
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態の概略的構成図。
【図２】同実施形態の基本的な空燃比制御の作用を示すタイミングチャート。
【図３】同実施形態の制御手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００３０】
６…電子制御装置
１５…主Ｏ2センサ
１６…副Ｏ2センサ
１７…中央演算処理装置
１８…記憶装置
１９…入力インターフェース
２０…出力インターフェース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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