(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の運転条件において、機関吸入混合気の空燃比を理論空燃比に近づけるように機関への燃料供給量をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御手段と、
機関温度に応じて機関への燃料供給量を増量補正して空燃比を理論空燃比よりもリッチ化させる増量補正手段と、
機関温度に応じて機関への燃料供給量を減量補正して空燃比を理論空燃比よりもリーン化させる減量補正手段と、
前記空燃比フィードバック制御手段によるフィードバック制御が冷機条件で停止されているときに、機関のアイドル運転状態であれば前記増量補正手段を選択し、非アイドル運転状態であれば減量補正手段を選択して作動させる補正切り換え手段と、
を含んで構成された内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記補正切り換え手段が、前記増量補正手段と減量補正手段との間での切り換え時に、燃料供給量の補正量を徐々に変化させることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記減量補正手段による減量補正量を、機関負荷，機関回転速度，スロットル弁開度のうちの少なくとも１つに基づいて修正する減量補正量修正手段を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記補正切り換え手段により減量補正手段が選択されているときに、機関の点火時期を進角補正する進角補正手段を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記進角補正手段が、前記減量補正手段による減量補正割合に応じて進角補正量を決定することを特徴とする請求項４記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記進角補正手段が、前記減量補正手段の作動開始時から徐々に点火時期の進角補正量を増大させると共に、前記減量補正手段の作動停止から徐々に点火時期の進角補正量を減少させることを特徴とする請求項４又は５記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の制御装置に関し、詳しくは、空燃比フィードバック制御が開始される前の冷機時における排気性状の改善を図る技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、機関の排気通路に三元触媒を介装し、該三元触媒によって排気浄化を図る排気浄化システムが知られている。
前記三元触媒では、機関吸入混合気の空燃比が理論空燃比であるときに、ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘそれぞれの転換効率が最も高くなるため、排気中の酸素濃度を検出する酸素センサの検出結果に基づいて、機関吸入混合気の空燃比が理論空燃比に近づくように燃料供給量をフィードバック制御して、前記三元触媒において高い転換効率を発揮させるようにしている。
【０００３】
しかし、前記空燃比フィードバック制御においては、酸素センサが活性化していて所期の検出出力が得られることが制御の前提条件となるため、始動から酸素センサが活性化するまでの冷機時は、空燃比フィードバック制御を行うことができない。更に、三元触媒においては、その温度が活性温度に達していないと、充分な転換効率を発揮することができないため、空燃比フィードバック制御が開始される前の冷機状態では、排気浄化を充分に行わせることができないという問題がある。
【０００４】
そこで、空燃比フィードバック制御が開始される前の冷機状態で、機関の運転性確保のため機関への燃料供給量を増量補正する一方、触媒活性を早めるべく点火時期を遅角補正することが従来から行われていた（特開平５−２７２３９４号公報等参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記空燃比フィードバック制御開始前の点火時期の遅角補正によって触媒が活性温度に達しても、空燃比フィードバック制御が開始される前の燃料供給量の増量補正中は、触媒雰囲気の酸素濃度が低いため、ＨＣの酸化処理を進めることができず（図９参照）、触媒の活性化を早めたことによる効果を無駄なく得ることができないという問題があった。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、空燃比フィードバック制御開始前の冷機時において、触媒が活性温度に達した段階でＨＣの転換が図れるようにすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そのため請求項１記載の発明にかかる内燃機関の制御装置は、図１に示すように構成される。図１において、空燃比フィードバック制御手段は、所定の運転条件において、機関吸入混合気の空燃比を理論空燃比に近づけるように機関への燃料供給量をフィードバック制御する。
【０００８】
また、増量補正手段は、機関温度に応じて機関への燃料供給量を増量補正して空燃比を理論空燃比よりもリッチ化させ、減量補正手段は、機関温度に応じて機関への燃料供給量を減量補正して空燃比を理論空燃比よりもリーン化させる。
ここで、補正切り換え手段は、前記空燃比フィードバック制御手段によるフィードバック制御が冷機条件で停止されているときに、機関のアイドル運転状態であれば前記増量補正手段を選択し、非アイドル運転状態であれば減量補正手段を選択して作動させる。
【００１０】
かかる構成によると、空燃比フィードバック制御が冷機条件で停止されているときに、機関のアイドル運転状態においては、燃料の増量によって空燃比を理論空燃比よりもリッチ化させ安定性の確保を図るが、燃料増量による安定性確保の必要性が低下する非アイドル運転時には、燃料の減量を行って空燃比を理論空燃比よりもリーン化させ、触媒雰囲気における酸素濃度の増大を図る。
【００１１】
請求項２記載の発明では、前記補正切り換え手段が、前記増量補正手段と減量補正手段との間での切り換え時に、燃料供給量の補正量を徐々に変化させる構成とした。
かかる構成によると、例えば増量補正から減少補正への切り換え時に、増量補正量が徐々に減少して通常の燃料供給量に一旦復帰した後、減量補正量が徐々に拡大することになり、燃料供給量が急変して運転性が悪化することを回避できる。
【００１２】
請求項３記載の発明では、前記減量補正手段による減量補正量を、機関負荷，機関回転速度，スロットル弁開度のうちの少なくとも１つに基づいて修正する減量補正量修正手段を設ける構成とした。
かかる構成によると、機関負荷，機関回転速度，スロットル弁開度による減量補正限界の変化に対応して減量補正を施すことができ、運転安定性を悪化させない範囲で極力空燃比をリーン化できる。
【００１３】
請求項４記載の発明では、前記補正切り換え手段により減量補正手段が選択されているときに、機関の点火時期を進角補正する進角補正手段を設ける構成とした。
かかる構成によると、燃料供給量が減量補正されて、空燃比の点からは積極的な安定性確保が図れない状態において、点火時期を進角補正することで、安定性が確保されるようにする。
【００１４】
請求項５記載の発明では、前記進角補正手段が、前記減量補正手段による減量補正割合に応じて進角補正量を決定する構成とした。
かかる構成によると、減量補正量が大きく、それだけ安定性が損なわれる条件において、点火時期をより大きく進角させて、減量補正による安定性低下に対応した進角補正を行わせることができる。
【００１５】
請求項６記載の発明では、前記進角補正手段が、前記減量補正手段の作動開始時から徐々に点火時期の進角補正量を増大させると共に、前記減量補正手段の作動停止から徐々に点火時期の進角補正量を減少させる構成とした。
かかる構成によると、減量補正が開始されるときに徐々に進角補正量を増大させる一方、減量補正が停止されるときには所定の進角補正状態から進角補正量を徐々に減じて通常の点火時期に戻す。これにより、点火時期が急変して運転性が悪化することが回避される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
システム構成を示す図２において、内燃機関１には、エアクリーナ２で濾過された空気が、コレクタ５及びインテークマニホールド６を介して吸入される。
スロットル弁４で調整される機関１の吸入空気量は、エアフローメータ３で計測される。
【００１７】
前記インテークマニホールド６には、各気筒別にインジェクタ７が設けられ、該インジェクタ７から噴射される燃料によって形成される混合気が、吸気弁８を介してシリンダ内に吸引され、点火プラグ９によって着火燃焼される。
尚、図２において、１１はピストンである。
燃焼排気は、排気弁１０，排気ポート１２を介して三元触媒１４に導かれ、該三元触媒１４でＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘが浄化されて大気中に排出される。尚、前記三元触媒１４は、機関吸入混合気の空燃比が理論空燃比付近であるときに、ＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘそれぞれの転換効率が最も高くなる性質を有する。
【００１８】
前記触媒１４の上流側の排気ポート１２には、酸素センサ１３が設けられている。前記酸素センサ１３は、排気中の酸素濃度に感応して出力値が変化するセンサであり、具体的には、基準気体としての大気中の酸素濃度と排気中の酸素濃度との比に応じて起電力を発生する酸素濃淡電池型のセンサである。
前記インジェクタ７による燃料噴射量及び点火プラグ９による点火時期を制御するコントロールユニット１６には、エアフローメータ３，酸素センサ１３，スロットルセンサ１７等からの検出出力が入力されると共に、機関１の冷却水温度を検出する水温センサ１５からの検出信号や、スタータスイッチ信号，車速信号ＶＳＰ，機関回転速度信号Ｎｅ等が入力される。
【００１９】
ここにおいて、コントロールユニット１６は、図３〜図６のフローチャートにそれぞれ示すプログラムに従って、前記インジェクタ７による燃料噴射量を制御すると共に、点火プラグ９による点火時期を制御する。
尚、本実施例において、空燃比フィードバック制御手段，増量補正手段，減量補正手段，補正切り換え手段，減量補正量修正手段，進角補正手段としての機能は、前記図３〜図６のフローチャートに示すようにコントロールユニット１６がソフトウェア的に備えている。
【００２０】
図３のフローチャートは、燃料噴射量（燃料供給量）ＴＩ  の演算を示す。
Ｓ１では、エアフローメータ３で検出される吸入空気流量Ｑや機関回転速度Ｎｅ等を読み込む。
Ｓ２では、基本燃料噴射量ＴＰ  を、前記吸入空気流量Ｑと機関回転速度Ｎｅとに基づいて、ＴＰ  ＝Ｑ／Ｎｅ×Ｋ（Ｋは定数）として算出する。
【００２１】
Ｓ３では、燃料噴射量ＴＩ  を、ＴＩ  ＝ＴＰ  ×ＣＯＥＦ×α＋Ｔｓとして算出する。ここで、ＴＰ  は前記Ｓ２で算出した値であり、ＣＯＥＦは後述する水温補正係数ＫＴＷを含んで設定される各種補正係数（ＣＯＥＦ＝１．０  ＋ＫＴＷ＋・・・）、αは空燃比フィードバック補正係数、Ｔｓはバッテリ電圧による無効噴射時間を補正するための補正分である。
【００２２】
前記空燃比フィードバック補正係数αは、図４のフローチャートに従って比例・積分制御によって設定される。
Ｓ１１では、空燃比フィードバック制御条件が成立しているか否かを判別する。ここで、空燃比フィードバック制御停止条件を、始動時，低水温時，高負荷時，アイドル時，減速時，酸素センサ異常時等とし、かかる停止条件が成立していないときに制御条件が成立していると判断させれば良い。
【００２３】
制御条件が成立していない場合には、Ｓ１２へ進んで、空燃比フィードバック補正係数αを初期値の１．０  として本プログラムを終了させる。
一方、制御条件が成立しているときには、Ｓ１３へ進み、酸素センサ１３の出力をＡ／Ｄ変換して読み込む。
次のＳ１４では、前記読み込んだセンサ出力と目標空燃比である理論空燃比相当の所定値とを比較することで、実際の空燃比の理論空燃比に対するリッチ・リーンを判別する。
【００２４】
前記センサ出力が所定値以下であるときには、理論空燃比よりもリーンであると判断し、Ｓ１５へ進んで、フラグＦに０をセットする。一方、前記センサ出力が所定値を越えているときには、理論空燃比よりもリッチであると判断し、Ｓ１６へ進んで、フラグＦに１をセットする。
Ｓ１７では、今回のフラグＦ設定によってフラグＦが反転したか否か、即ち、実際の空燃比の理論空燃比に対するリッチ・リーン状態が反転したか否かを判別する。
【００２５】
空燃比の反転時であるときには、Ｓ１８へ進んで、前記フラグＦが０であるか否か、換言すれば、リッチからリーンに反転した状態であるか否かを判別する。
リッチからリーンに反転したときには、Ｓ１９へ進み、前回までの空燃比フィードバック補正係数αに、比例操作量ＰＬを加算し、該加算結果を最新の補正係数αとする比例制御を行う（α＝α＋ＰＬ）。
【００２６】
一方、Ｓ１８で、フラグＦが０でないと判別されたとき、即ち、リーンからリッチへの反転時においては、Ｓ２０へ進んで、α＝α−ＰＲとして補正係数αを比例制御する。
また、Ｓ１７で、空燃比の反転時でないと判別されたときには、Ｓ２１へ進み、前記フラグＦを判別することで、現在の空燃比のリッチ・リーンを判別する。
【００２７】
フラグＦが０であって空燃比がリーンであるときには、Ｓ２２へ進み、前回までの補正係数αに積分操作量ＩＬを加算して更新し、フラグＦが１であって空燃比がリッチであるときには、Ｓ２３へ進み、前回までの補正係数αから積分操作量ＩＲを減算して更新する。
図５及び図６のフローチャートは、前記水温補正係数ＫＴＷの設定制御を示す。
【００２８】
Ｓ３１では、機関回転速度Ｎｅ，スタータスイッチ信号，車速，吸入空気量，水温，スロットル開度などの情報を読み込む。
Ｓ３２では、空燃比フィードバック制御が停止（クランプ）されているか否かを判別する。
例えば始動直後の冷機時で空燃比フィードバック制御が停止されている場合には、Ｓ３３へ進み、制御値ＫＭＫＴＴＷに１をセットする。
【００２９】
次のＳ３４では、水温ＴＷに応じて燃料噴射量ＴＩ  を増量補正するための水温増量基本値ＫＴＷＴＷを、予め水温ＴＷに応じて前記水温増量基本値ＫＴＷＴＷを記憶したマップを参照して求める一方、前記水温増量基本値ＫＴＷＴＷを機関回転速度Ｎｅに応じて補正するための水温増量回転補正値ＫＴＷＮを設定する。更に、水温ＴＷに応じて燃料噴射量ＴＩ  を減量補正するための水温減量値ＭＫＴＷを、予め水温ＴＷに応じて前記水温減量値ＭＫＴＷ（マイナスの値）を記憶したマップを参照して求める。
【００３０】
Ｓ３５では、前記水温増量基本値ＫＴＷＴＷに前記水温増量回転補正値ＫＴＷＮを乗算して、その結果を水温増量値ＰＫＴＷとする。
Ｓ３６では、機関が非アイドル運転状態であるか否かを、スロットル弁開度等に基づいて判別する。
アイドル運転状態であるときには、Ｓ３７へ進み、補正率ＫＭＫＴにアイドル補正率（具体的には、０）をセットする。
【００３１】
一方、非アイドル運転状態であるときには、Ｓ３８へ進み、機関負荷に応じた負荷補正率，機関回転速度に応じた回転補正率，スロットル開度に応じたスロットル開度補正率をそれぞれ設定し、次のＳ３９では、前記負荷補正率，回転補正率，スロットル開度補正率のうちの最小値を、補正率ＫＭＫＴにセットする。
ここで、前記補正率ＫＭＫＴは、０＜ＫＭＫＴ≦１とする。
【００３２】
Ｓ４０では、補正値ＫＭＫＴＷ（初期値＝０）が、ＫＭＫＴ×ＫＭＫＴＴＷよりも小さいか否かを判別する。
例えば非アイドル運転状態で補正率ＫＭＫＴとして１が設定されている場合には、ＫＭＫＴ×ＫＭＫＴＴＷ＝１となるから、補正値ＫＭＫＴＷが１になるまではＳ４１へ進み、前記補正値ＫＭＫＴＷを所定値ΔＫＭＫＴＷずつ徐々に増大させるようにする。
【００３３】
そして、ＫＭＫＴＷ≧ＫＭＫＴ×ＫＭＫＴＴＷとなると、Ｓ４２へ進み、補正値ＫＭＫＴＷに１がセットされる。
一方、アイドル運転状態であって、補正率ＫＭＫＴとして０が設定されている場合には、ＫＭＫＴ×ＫＭＫＴＴＷ＝０となるから、Ｓ４２へ進み、補正値ＫＭＫＴＷは０に保持される。
【００３４】
従って、空燃比フィードバック制御が開始される前の冷機時において、始動直後のアイドル運転状態では、前記補正値ＫＭＫＴＷは０に保持されるが、その後、アイドル運転状態を脱すると、機関負荷，機関回転速度，スロットル開度に応じて決定される補正率ＫＭＫＴにまで徐々に増大されることになる（図７参照）。
【００３５】
Ｓ４３では、前記水温増量補正値ＰＫＴＷ，水温減量値ＭＫＴＷ，補正値ＫＭＫＴＷに基づいて水温補正係数ＫＴＷを、以下の式に従って算出する。
ＫＴＷ←ＰＫＴＷ−（ＰＫＴＷ−ＭＫＴＷ）×ＫＭＫＴＷ
上記式によれば、アイドル運転時であってＫＭＫＴＷが０であるときには、水温補正係数ＫＴＷとして水温増量補正値ＰＫＴＷが選択され、水温に応じた燃料噴射量の増量補正が実行されることになる。
【００３６】
一方、非アイドル時であって、例えばＫＭＫＴＷが１であると、水温増量補正値ＰＫＴＷに代えて水温減量値ＭＫＴＷが選択されることになり、水温に応じた燃料噴射量の減量補正が実行されることになる。
ここで、前記補正値ＫＭＫＴＷは、アイドル運転状態から非アイドル運転状態に移行すると、０から徐々に増大制御されるから、結果的に、増量補正状態から増量補正を徐々に減じて水温補正係数ＫＴＷによる補正が実質的に行われない状態になり、更にその後減量補正量を徐々に増大させることになる（図７参照）。
【００３７】
尚、補正率ＫＭＫＴが、機関負荷，機関回転速度，スロットル開度に応じて設定されることにより、例えばＫＭＫＴＷとして１未満の値が設定されれば、同じ非アイドル運転状態であっても、水温減量値ＭＫＴＷによる減量補正が制限されることになり、減量補正による運転性の悪化を回避しつつ、極力減量補正量を大きく確保できるようにしてある。
【００３８】
上記構成によると、アイドル運転状態では、増量によって冷機時の安定性確保が図られる一方、非アイドル運転状態に移行すると、減量補正によって触媒雰囲気の酸素濃度を増大させることができ、以て、触媒温度が活性温度に達した段階で直ちにＨＣの転換が可能な状態になる（図８参照）。
空燃比フィードバック制御が開始される前の冷機時に、アイドル・非アイドルを問わずに増量補正が行われる構成の場合には、増量補正によって触媒雰囲気の酸素濃度が低く、たとえ触媒が活性温度に達してもＨＣを転換できないが、増量を行わなくても安定性を確保し得る非アイドル時に減量補正を行わせることで、安定性を確保しつつ、触媒雰囲気の酸素濃度を高めることができるものである。そして、触媒雰囲気の酸素濃度を高くできれば、触媒が活性温度に達した段階で直ちにＨＣを転換させることができることになる。
【００３９】
Ｓ４４では、減量補正状態において点火時期の進角補正によって安定性を確保すべく、点火時期補正率ＡＤＶＫＴＣを設定する。
Ｓ４５では、点火時期補正値（進角補正値）ＡＤＶＫＴＷを、以下の式に基づいて算出する。
ＡＤＶＫＴＷ←（ＰＫＴＷ−ＭＫＴＷ）×ＫＭＫＴＷ×ＡＤＶＫＴＣ
上記式によれば、増量補正状態からの減量率の増大に応じて進角補正値が増大設定されることになり、減量率が大きくなって安定性が低下することを進角補正値をより大きくすることで回避する。また、アイドル運転状態から非アイドル運転状態に移行したときには、増量状態から減量状態に徐々に移行するのに対応して、点火時期進角値が徐々に増大することになり、点火時期の急変による運転性の悪化を回避する。
【００４０】
前記点火時期補正値ＡＤＶＫＴＷによって点火時期が進角補正されるが、触媒暖機のために点火時期が遅角補正される場合には、該遅角補正されている点火時期から前記点火時期補正値ＡＤＶＫＴＷによって進角方向に補正されることになる。
尚、減量補正時用に進角設定された点火時期を記憶したマップを別途用意しても良いが、上記のように、減量率に応じて進角補正値を設定させる方が、メモリに記憶させるデータ量を減らすことができ、演算を簡略化できる。
【００４１】
一方、前記Ｓ３２で空燃比フィードバック制御が行われていると判別された場合には、Ｓ４６へ進んで前記制御値ＫＭＫＴＴＷを０リセットし、次のＳ４７では前記水温補正係数ＫＴＷに０をセットして、水温補正係数ＫＴＷによる補正をキャンセルする。
Ｓ４８では、前記点火時期補正値ＡＤＶＫＴＷが０であるか否かを判別し、０でない場合には、点火時期補正値ＡＤＶＫＴＷを所定値ΔＡＤＶＫＴＷずつ減少させて０にまで戻るようにする。従って、減量補正状態から空燃比フィードバック制御が開始されても、点火時期が急変することが回避されることになり、点火時期の急変による運転性の悪化を防止できる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１記載の発明によると、空燃比フィードバック制御が冷機条件で停止されているときに、機関のアイドル運転状態においては、燃料の増量によって空燃比を理論空燃比よりもリッチ化させ安定性の確保を図る一方、燃料増量による安定性確保の必要性が低下する非アイドル運転時には、燃料の減量を行って空燃比を理論空燃比よりもリーン化させ、触媒雰囲気における酸素濃度の増大を図ることができ、触媒が活性温度に達した段階で直ちにＨＣを転換させることができるという効果がある。
【００４３】
請求項２記載の発明によると、増量補正から減少補正への切り換え時に、燃料供給量が急変して運転性が悪化することを回避できるという効果がある。
【００４４】
請求項３記載の発明によると、機関負荷，機関回転速度，スロットル弁開度による減量補正限界の変化に対応して減量補正を施すことができ、運転安定性を悪化させない範囲で極力燃料供給量を減量させて、触媒雰囲気の酸素濃度を最大限に増大させるとこができるという効果がある。
請求項４記載の発明によると、燃料供給量を減量補正するときに、点火時期の進角補正によって安定性確保を図れるという効果がある。
【００４５】
請求項５記載の発明によると、減量補正量が大ききときほど点火時期をより大きく進角させて、減量補正による安定性低下に対応した適正な進角補正を行わせることができるという効果がある。
請求項６記載の発明によると、点火時期の進角補正によって点火時期が急変することを防止でき、運転性の悪化を未然に回避できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１記載の発明の構成ブロック図。
【図２】実施の形態のシステム構成図。
【図３】燃料噴射量の演算を示すフローチャート。
【図４】空燃比フィードバック補正係数αの設定を示すフローチャート。
【図５】水温に応じた燃料噴射量の補正制御を示すフローチャート。
【図６】水温に応じた燃料噴射量の補正制御を示すフローチャート。
【図７】実施形態における各種パラメータの変化を示すタイムチャート。
【図８】実施形態の効果を説明するためのタイムチャート。
【図９】従来技術の問題点を説明するためのタイムチャート。
【符号の説明】
１    内燃機関
３    エアフローメータ
４    スロットル弁
７    インジェクタ
９    点火プラグ
１３    酸素センサ
１４    三元触媒
１５    水温センサ
１６    コントロールユニット
１７    スロットルセンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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