(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関回転数を検出する手段と、機関負荷を検出する手段と、これら回転数と負荷に応じて基本燃料噴射量を制御する内燃機関において、機関温度を検出する手段と、現在の機関温度に対する吸気系の温度の相対的な非平衡度合いを示す温度非平衡率を演算する手段と、この温度非平衡率に基づいて前記基本燃料噴射量に対する燃料増量補正量を演算する手段とを備えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項２】
機関回転数を検出する手段と、機関負荷を検出する手段と、これら回転数と負荷に応じて基本燃料噴射量を制御する内燃機関において、機関温度を検出する手段と、回転数と負荷から求めた運転条件と検出した機関温度に基づいて吸気系における燃料と空気の混合状態を代表する代表温度を演算する手段と、前記現在の機関温度に対する前記代表温度の相対的な平衡度合いを示す温度非平衡率を演算する手段と、この温度非平衡率に基づいて前記基本燃料噴射量に対する燃料増量補正量を演算する手段とを備えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
前記温度非平衡率に応じた燃料増量補正は、機関温度と吸気系の温度とが平衡状態に達するまでの間実行される請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
前記温度非平衡率の演算手段が、機関温度の検出値に基づいて始動時の燃料、空気の混合状態を代表する温度を演算する手段と、機関回転数と負荷に基づく運転条件から前記混合状態代表温度の変化時定数を演算する手段と、現在の機関温度と前記始動時代表温度と同じく変化時定数から前記混合状態代表温度を演算する手段と、この混合状態代表温度と現在の機関温度から混合状態の温度非平衡率を演算する手段とを備える請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項５】
前記燃料増量補正手段が、前記混合状態の温度非平衡率に基づいて予め設定されたテーブルから温度非平衡時の補正率を演算する手段と、現在の機関温度に基づいて予め設定されたテーブルから温度平衡時補正率を演算する手段と、これら補正率に基づいて温度非平衡状態における燃料増量補正率を演算する手段を備える請求項４に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項６】
前記燃料増量補正率演算手段は、運転条件から定常時の補正率を演算する手段と、同じく過渡時の補正率を演算する手段とを備える請求項５に記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項７】
前記機関温度は機関の冷却水温である請求項１ないし６のいずれか一つに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
【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とくに始動および始動直後における燃料噴射制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の始動時及び始動直後における燃料噴射量の制御装置として、従来、例えば特開昭５８−２５５４６号公報、特開昭５９−１６８２３１号公報、特開昭６０−２０６９５５号公報、特開昭６１−２０５３５７号公報（第１〜第４の従来例）によって提案されているものがある。
【０００３】
これらはいずれも、スタートスイッチ等により始動時を判定する手段と、始動からの経過時間を計測するタイマと、エンジン回転数や負荷に応じて基本燃料噴射パルス幅を演算する手段と、機関温度として例えば冷却水温を検出する手段と、始動後時間や検出された冷却水温に応じて基本燃料噴射パルス幅を補正する手段などを備え、内燃機関の始動直後における主として暖機中の燃料噴射量を要求に応じて適正に制御するようにしている。
【０００４】
具体的には第１の従来例では、現在の冷却水温と始動時の冷却水温との差に基づいて暖機加速中の燃料噴射の増量値を決定している。第２の従来例はエンジン始動時または始動直後のエンジン温度に応じて求められる非同期燃料噴射量を制御している。第３の従来例ではエンジン加速時の補正係数として用いられる加速増量係数を、エンジン始動後の経過時間に応じて変化させている。さらに第４の従来例では、始動直後の加速時の非同期噴射量を大きくし、始動後の経過時間と共に徐々に小さくし、所定時間経過後は通常の加速時の非同期噴射量と同一に戻すようにしている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、機関回転数を検出する手段と、機関負荷を検出する手段と、これら回転数と負荷に応じて基本燃料噴射量を制御する内燃機関において、機関温度を検出する手段と、現在の機関温度に対する吸気系の温度の相対的な非平衡度合いを示す温度非平衡率を演算する手段と、この温度非平衡率に基づいて前記基本燃料噴射量に対する燃料増量補正量を演算する手段とを備える。
第２の発明は、機関回転数を検出する手段と、機関負荷を検出する手段と、これら回転数と負荷に応じて基本燃料噴射量を制御する内燃機関において、機関温度を検出する手段と、回転数と負荷から求めた運転条件と検出した機関温度に基づいて吸気系における燃料と空気の混合状態を代表する代表温度を演算する手段と、前記現在の機関温度に対する前記代表温度の相対的な平衡度合いを示す温度非平衡率を演算する手段と、この温度非平衡率に基づいて前記基本燃料噴射量に対する燃料増量補正量を演算する手段とを備える。
第３の発明は、第１の発明において、前記温度非平衡率に応じた燃料増量補正は、機関温度と吸気系の温度とが平衡状態に達するまでの間実行される。
第４の発明は、第１の発明において、前記温度非平衡率の演算手段が、機関温度の検出値に基づいて始動時の燃料、空気の混合状態を代表する温度を演算する手段と、機関回転数と負荷に基づく運転条件から前記混合状態代表温度の変化時定数を演算する手段と、現在の機関温度と前記始動時代表温度と同じく変化時定数から前記混合状態代表温度を演算する手段と、この混合状態代表温度と現在の機関温度から混合状態の非平衡率を演算する手段とを備える。
第５の発明は、第４の発明において、前記燃料増量補正手段が、前記混合状態の温度非平衡率に基づいて予め設定されたテーブルから温度非平衡時の補正率を演算する手段と、現在の機関温度に基づいて予め設定されたテーブルから温度平衡時補正率を演算する手段と、これら補正率に基づいて温度非平衡状態における燃料増量補正率を演算する手段を備える。
第６の発明は、第５の発明において、前記燃料増量補正率演算手段は、運転条件から定常時の補正率を演算する手段と、同じく過渡時の補正率を演算する手段とを備える。
第７の発明は、第１から第６において、前記機関温度は機関の冷却水温である。
【０００６】
したがって、この燃料増量率は、吸気ポート壁温、吸気バルブ表面温度、シリンダ壁温などとも大きな相関関係があるが、機関暖機後の平衡状態に達するまでの間は、これらの温度が指数関数的に変化すること、及びその時定数がエンジン条件により異なることなどから、上記のように、始動後の経過時間、冷却水温の変化などに応じて単純に増量率を減じるような制御では、要求特性に対しての過不足が発生し、必ずしも適正な燃料噴射量には制御しきれない。
【０００７】
また、これらのことから燃料の不足分を補い、安定性を確保するため、過剰に補正をかける傾向があり、機関始動直後の低温時の燃費や排気エミッションの低減にとって障害となっていた。
【０００８】
本発明はこのような問題を解決するために、始動後、暖機中における燃料と空気の混合状態を代表する温度変数を求め、これに応じて燃料噴射量を補正することにより、燃料供給量を過不足なく適正に制御することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、機関回転数を検出する手段と、機関負荷を検出する手段と、これら回転数と負荷に応じて基本燃料噴射量を制御する内燃機関において、機関温度を検出する手段と、回転数と負荷から求めた運転条件と検出した機関温度に基づいて吸気系における燃料と空気の混合状態を代表する温度変数を演算する手段と、この温度変数に応じて基本燃料噴射量に対する燃料増量補正量を演算する手段とを備える。
【００１５】
【作用・効果】
第１の発明において、吸気ポートに噴射された燃料と空気の混合状態は、ポート壁温、吸気バルブ表面温度、シリンダ壁温等に依存して変化する。機関の暖機後にはこれらの温度は十分に上昇しており、燃料と空気の混合状態も良好となるが、始動直後の低温時には温度が低いために燃料の気化が進まず、空気との混合状態は悪い。
この混合状態は暖機後の平衡時には機関温度、例えば冷却水温で代表できるが、暖機が十分に進んでいない始動直後の運転状態では、冷却水温に対する、ポート壁温、吸気バルブ表面温度、シリンダ壁温等の関係は平衡状態になく、しかも平衡時に比較してこれらの温度は低い。このため、このような非平衡時には空気と燃料との混合状態を単純に冷却水温で代表することはできない。
しかし、この発明では、始動時の機関温度と機関運転条件とによって低温始動直後における吸気系の温度、あるいは燃料空気混合状態を代表する代表温度を求め、現在の機関温度と、これら温度との温度非平衡度合いを示す温度非平衡率を求め、この温度非平衡率に基づいて低温時の燃料増量を補正するので、冷却水温だけでは代表することのできない非平衡時における燃料と空気の混合状態に適切に対応した過不足のない燃料供給量に設定でき、これらの結果、空燃比の制御精度が高まり、安定した燃焼が確保され、燃費や排気エミッションの向上が図れる。
また、温度非平衡時の燃料増量は平衡状態に達するまでの間だけ実行され、平衡状態に達した後は、機関温度等に基づいての燃料噴射量の補正になり、単純な制御に切換わる。
さらに、始動時の温度条件に応じて変化する混合状態の代表温度と、運転条件に応じて変化する時定数とに基づいて、非平衡状態での混合状態代表温度を求め、これらから非平衡率を算出するので、例えば始動時の温度が著しく低く、その後の運転条件も低速、低負荷が継続するようなとき、つまり燃料と空気の混合状態が良くないときは、これに応じて非平衡率が算出され、燃料増量も相対的に大きくなり、燃焼安定性が確保される。これに対して始動時の機関温度が高く、かつ運転条件も比較的高い回転数、負荷が続くようなときは、始動後短期間のうちに混合状態が改善されるが、このような場合には非平衡率が小さくなり、不要な燃料増量を抑制して、燃費や排気エミッションを向上させられる。
さらにまた、例えば、温度非平衡時の補正率は平衡状態に近づくに伴い限りなく「１」に向けて減少し、また平衡時の補正率は機関温度の上昇に伴い「１」に近づくように減少させることで、これら両補正率を用いることにより、燃料増量の補正率は機関始動後、時間の経過により平衡状態に近づくほど減少していき、始動直後の不安定な時期に燃焼の安定性を高め、暖機が進むのにしたがって燃料増量を減じ、安定性を損なうことなく燃費や排気エミッションの改善が図れる。
さらにまた、定常時の補正率と、過渡時の補正率とを求め、運転条件に応じて補正率を選択し、それぞれにおいて適切な燃料増量を実行し、したがって、加速時など燃料増量が相対的に大きくなり、十分な加速性を確保する一方で、定常時には不必要に増量することなく、燃費、排気エミッションを良好にする。
さらにまた、機関温度として冷却水温を用いるので、温度検出が容易でかつ正確性も高い。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１において、１は機関本体、２は吸気通路、３は排気通路、４は吸気バルブ、５は排気バルブ、６は点火プラグである。吸気通路２にはスロットル弁８の下流において燃料を噴射するインジェクタ７が設けられる。９は吸入空気量を測定するエアフローメータ、また１０はスロットル弁８の全閉を検出するスロットルスイッチ、１１は機関温度を代表するものとして、機関冷却水温を検出する水温センサ、１２は排気中の酸素濃度を検出するための空燃比センサ、１３は機関回転数を検出する回転数センサ、１４は機関を始動させるためのスタートスイッチである。
【００２４】
そして、前記各センサ等からの検出信号を受け、これらに基づいてインジェクタ７からの燃料噴射量、あるいは点火プラグ６の点火時期などを制御するためのコントローラ１５が備えられる。
【００２５】
なお、排気通路３には図示しないが、排気三元触媒が設置され、排気中のＨＣＣＯの酸化とＮＯｘの還元を行う。
【００２６】
次にコントローラ１５において実行される本発明の要点である始動時及び暖機中の燃料増量制御について、図２を参照しながら説明する。
【００２７】
２１は水温センサ１１の出力から機関温度としての冷却水温を読み込む冷却水温検出手段であり、この冷却水温に基づいて２３の演算手段において、始動時の吸気ポートにおける燃料と空気の混合状態を代表する温度を演算する。
【００２８】
一方、２２の演算手段において、機関回転数センサ１３からの回転数信号と、エアフローメータ９からの負荷信号に応じて、前記した混合状態代表温度の変化時定数を演算する。演算手段２４では、現在の冷却水温と、前記のように求めた始動時代表温度と、同じく変化時定数とに基づいて燃料と空気の混合状態代表温度を演算する。そして演算手段２５において、この混合状態代表温度と現在の水温とから混合状態の温度非平衡率を演算し、この温度非平衡率に基づいて、演算手段２６では機関の定常運転での燃料の補正率、つまり始動直後定常補正率を演算し、また演算手段２７においては同じく過渡運転での燃料の補正率を演算する。そして、２８の演算手段において、機関回転数と負荷に応じて求めた基本燃料噴射パルス幅を、これら各補正率に応じて補正することにより、インジェクタ７から噴射される燃料の噴射パルス幅を算出する。
【００２９】
図３は燃料空気混合状態の代表温度とこれを基にした温度非平衡率を算出するための演算動作のフローチャートで、機関始動時から時間同期で実行される。
【００３０】
まず、ステップ１において、冷却水温ＴＷＫを読み込み、ステップ２ではスタートスイッチがオンかどうかにより始動を判断し、始動時にはステップ６に進み、始動時以外はステップ３に進む。
【００３１】
ステップ６では始動時における混合状態代表温度の初期値ＴＷＦｓｔをテーブルルックアップにより求める。図４にこの一例を示すが、始動時の冷却水温ＴＷＫに応じて代表温度初期値ＴＷＦｓｔが設定される。
【００３２】
ステップ３では機関回転数、負荷に応じての運転条件を検出し、この運転条件からステップ４で混合状態代表温度の変化時定数τを求める。この時定数τは図５に示すように、機関回転数と負荷に応じてテーブルに設定される。
【００３３】
混合状態代表温度はポート壁温、バルブ表面温度等によって決まるため、機関が高回転、高負荷になるほど温度上昇は早くなり、時定数τは高回転、高負荷ほど小さくなる特性をもつ。
【００３４】
次にステップ５では混合状態の代表温度ＴＷＦを演算する。このＴＷＦは初期値ＴＷＦｓｔから現水温ＴＷＫに向けて一定の時定数τの一時遅れで変化するもので、次式により表せる。
【００３５】
ＴＷＦ＝ＴＷＦｓｔ＋（ＴＷＫ−ＴＷＦｓｔ）×（１−ｅｘｐ（−ｔ／τ））
…（１）
なお、ｔは始動からの経過時間である。そして、ステップ７では温度非平衡率ＤＴＷＦを求める。この温度非平衡率ＤＴＷＦは現水温ＴＷＫに対して混合状態代表温度ＴＷＫがどれだけ低いかを表すもので、次式のように求められる。
【００３６】
ＤＴＷＦ＝（ＴＷＫ−ＴＷＦ）／ＴＷＫ…（２）
この温度非平衡率ＤＴＷＦは現水温ＴＷＫに対する相対的な非平衡度合いを示すもので、始動時には最大で１から徐々に減少していき、代表温度ＴＷＦが現水温ＴＷＫと等しくなったとき、即ち温度平衡状態となったときに０となる。
【００３７】
次にこのようにして求めた温度非平衡率ＤＴＷＦに基づいての燃料噴射量の補正率の演算動作を、図６のフローチャートにしたがって説明する。
【００３８】
これは、定常時の燃料噴射量補正率である目標当量比ＴＦＢＹＡを演算するためのフローチャートで、まずステップ１１では燃料と空気の混合状態の温度平衡時の補正率ＫＴＷを演算する。これは図７にも示すように、冷却水温ＴＷＫに応じて決まり、混合不良や燃焼安定性の要求から冷却水温が低いほど増量設定となり、水温が高くなるほど補正率は１に近づく。
【００３９】
ステップ１２では温度非平衡時の補正率ＫＡＳを求める。これは図８にも示すように、温度非平衡率ＤＴＷＦを基にしてテーブルに設定され、ＤＴＷＦが大きくなるほど、つまり平衡状態からのずれが大きくなるほど補正率ＫＡＳも大きくなり、逆に平衡状態に近づくほど１に向けて小さくなる。
【００４０】
ステップ１３で定常補正率として目標当量比ＴＦＢＹＡを次式のようにして求める。
【００４１】
ＴＦＢＹＡ＝ＫＴＷ×ＫＡＳ…（３）
したがってこの目標当量比（補正率）は、始動直後など冷却水温の低いときに大きくなり、時間の経過に伴い減少していき、また、始動後の時間経過により平衡状態に近づくほど減少し、やがて１になり、実質的に補正を終了する。
【００４２】
このようにして、始動直後の温度非平衡時にもそのときの状況に応じて最適な燃料補正率に設定することが可能となる。
【００４３】
図９に燃料噴射パルス幅の演算動作のフローチャートを示す。
【００４４】
ステップ２１では吸入空気量と回転数とから基本噴射パルス幅ＴＰを算出し、ステップ２では過渡時の燃料応答遅れに伴うエラーを補正する過渡補正量ＫＡＴＨＯＳを演算する。ステップ３では機関の設定空燃比を決める目標空燃比設定補正率（目標当量比）ＴＦＢＹＡを演算し、ステップ４では三元触媒の転換効率を高めるため理論空燃比となるように酸素センサの出力信号に基づくフィードバック補正係数ＡＬＰＨＡを演算する。またステップ５ではこの空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡを基にして空燃比補正学習値ＫＢＬＲＣを演算する。ステップ６ではインジェクタの電圧低下に伴う開弁遅れを補償するための無効噴射パルス幅ＴＳを演算する。
【００４５】
そして、ステップ７では前述した各値に基づいて次式で示すようにして燃料噴射パルス幅ＴＩを演算する。
【００４６】
0003692637.tif 000002
次に図１０を参照しながら、機関始動後における燃料噴射制御を実行したときの制御特性を説明する。
【００４７】
機関の始動直後は現在の冷却水温ＴＷＫに比較して混合状態代表温度ＴＷＦが低く、これが時間の経過と共に機関運転条件により決まる時定数でもって現水温ＴＷＫに近づいていく。ＴＷＫとＴＷＦとの差が温度非平衡率ＤＴＷＦとなり、時間と共に小さくなる。現水温ＴＷＫにより温度平衡時補正率ＫＴＷが決まり、温度非平衡率ＤＴＷＦにより温度非平衡時補正率ＫＡＳが決まり、この補正率ＫＡＳは時間の経過によりやがて温度平衡時補正率ＫＴＷと一致する。
【００４８】
これら補正率に基づいて混合状態に対応した低温時の燃料補正率（目標当量比）ＴＦＢＹＡが設定され、これにより燃料噴射パルス幅を補正することで、空燃比を機関の要求値に対して過不足なく適正に制御することができる。図中の実線で示すものが本発明の制御を実行した場合の空燃比特性、点線で示すものが、従来の一般的な制御の場合の空燃比特性であり、本発明に比較して空燃比が過剰にリッチ側にあることが分かる。このため、本発明では機関始動後の暖機中、それだけ燃費や排気エミッションが改善される。
【００４９】
上記した説明においては、温度非平衡率ＤＴＷＦを求めるのに（図３のステップ７）、温度非平衡率ＤＴＷＦを現水温ＴＷＫに対して代表温度ＴＷＦがどれだけ低いかを表すものとして、前記した（２）式により算出した。
【００５０】
しかし、この温度非平衡率ＤＴＷＦは、現水温ＴＷＫと代表温度ＴＷＦとの差から、図１１に示すような温度非平衡率テーブルを検索して求めることもできる。現水温ＴＷＫと代表温度ＴＷＦとの差が大きいほど温度非平衡率ＤＴＷＦも大きくなり（ただし最大で１）、始動後の時間の経過により、温度差が縮まるにしたがって減少し、代表温度ＴＷＦが現水温ＴＷＫと一致したとき、つまり温度平衡状態となったときに０となる。つまり、これにより非平衡状態での補正が実質的に終了する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す概略構成図である。
【図２】同じく制御系のブロック図である。
【図３】温度非平衡率の演算動作を示すフローチャートである。
【図４】混合状態代表温度の初期値の特性を示す説明図である。
【図５】混合状態代表温度の変化の時定数を示す説明図である。
【図６】定常補正率（目標当量比）の演算動作を示すフローチャートである。
【図７】平衡時の補正率の特性を示す説明図である。
【図８】非平衡時の補正率の特性を示す説明図である。
【図９】燃料噴射パルス幅の演算動作を示すフローチャートである。
【図１０】空燃比の制御特性を示す説明図である。
【図１１】温度非平衡率の特性を示す説明図である。
【符号の説明】
２  吸気通路
３  排気通路
４  吸気バルブ
７  インジェクタ
９  エアフローメータ
１１  水温センサ
１３  回転数センサ
１５  コントローラ
【図１】
0003692637.tif 000003
【図２】
0003692637.tif 000004
【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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【図１０】
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【図１１】
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