(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
始動後理論空燃比よりもリーン側の空燃比で運転する始動後リーンバーン制御を受ける内燃機関において、
アイドル運転時にエンジン回転数を目標エンジン回転数となるよう制御量を演算し該制御量にてフィードバック制御を行うアイドルエンジン回転数制御手段と、
内燃機関の始動後リーンバーン制御の作動・非作動を判別する始動後リーンバーン制御判別手段と、
前記始動後リーンバーン制御判別手段の判別結果に応じて前記アイドルエンジン回転数制御手段の制御量を補正する補正量を演算する補正手段とを備え、
該補正手段にて補正された制御量にてアイドルエンジン回転数を制御することを特徴とする内燃機関のアイドル運転制御装置。
【請求項２】
前記アイドルエンジン回転数制御手段は、内燃機関の吸気系に設けられたスロットル弁を駆動し吸入空気量を調整するスロットル制御手段または吸気系にバイパスする空気量を調整するバイパスエア制御手段であり、前記補正手段はアイドル運転時の目標吸入空気量を補正することを特徴とする請求項１記載の内燃機関のアイドル運転制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、始動直後に理論空燃比よりもリーン側の空燃比で運転する始動後リーンバーン制御を受ける内燃機関におけるアイドル運転制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関が始動した直後において、特に低温始動時においては、燃焼効率が悪いために未燃焼ガス中にＨＣが大量に発生し易く、その対策として空燃比をリーン側（通常のストイキ空燃比14.7に対して18〜22程度の空燃比）にすることで、未燃焼ガスを減らし結果的にＨＣの発生を抑えようとする始動後リーンバーン制御が行われる。
【０００３】
特公平５−３１６４６号公報等に記載されたものは、空燃比のフィードバック制御を開始するまで空燃比をリーン側に制御して機関を運転する始動後リーンバーン制御が行われる例である。
【０００４】
しかるに始動後リーンバーン制御は、内燃機関の始動後いかなる運転状態においても行い得るものではなく、内燃機関の冷却水温度が燃料の霧化に支障がある程低く燃焼状態が悪化する低温時やパーコレーションが予想される高温時においてリーンバーン制御すると、機関回転の安定性の低下や機関のストール等の問題が生じる。  そこで一定の運転条件下ではリーンバーン制御を解除する方法が提案されている（同じ出願人に係る特願平７−６１７８４号）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし冷却水温が燃料の霧化に影響する程低くなくても、比較的低い温度状態にある場合のリーンバーン制御運転は、燃焼が必ずしも安定しておらずエンジン回転数の変動が大きくなる傾向にある。
【０００６】
また始動後リーンバーン制御の実行および解除は、運転条件によって判別して切り換えているので、リーンバーン制御時と非リーンバーン（ストイキまたはリッチバーン）制御時のエンジン出力トルク差が、切り換え時大きく現れエンジン回転数等に影響して回転変動が大きくなったり、エアコン等の電気負荷変動による吸入空気量等の補正量が適切でなくなったりするといった問題があった。
【０００７】
本発明はかかる点に鑑みなされたもので、その目的とする処は、内燃機関の低温での始動後リーンバーン制御におけるエンジン回転数の安定化とともにリーンバーン制御が解除されたときのエンジン回転数の変動を抑制し、常に円滑なアイドル運転状態を実現する内燃機関のアイドル運転制御装置を供する点にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段および作用効果】
図１は、本発明の内燃機関のアイドル運転制御装置の概念的に示した構成図である。
アイドルエンジン回転数制御手段Ａは、アイドル運転時にエンジン回転数を目標エンジン回転数となるよう制御量ａを演算し該制御量ａにてフィードバック制御を行う。
【０００９】
始動後リーンバーン制御判別手段Ｂは、内燃機関の始動後リーンバーン制御の作動・非作動を判別し、補正手段Ｃはこの始動後リーンバーン制御判別手段Ｂの判別結果に応じて前記アイドルエンジン回転数制御手段Ａの制御量ａを補正する補正量ｋを演算する。
この補正量ｋにより補正された制御量ｂにてアイドルエンジン回転数を制御する。
【００１０】
始動後リーンバーン制御判別手段Ｂが判別したリーンバーン制御の作動・非作動に応じて補正手段が、アイドルエンジン回転数制御手段Ａの制御量ａを補正する補正量ｋを演算し、補正された制御量ｂでアイドルエンジン回転数を制御するので、リーンバーン制御の作動・非作動に応じてアイドルエンジン回転数が制御することができ、内燃機関の低温での始動後リーンバーン制御におけるエンジン回転数の安定化を図るとともに、リーンバーン制御が解除されたときのエンジン回転数の変動を防止し、常に円滑なアイドル運転状態を実現することができる。
【００１１】
前記アイドルエンジン回転数制御手段は内燃機関の吸気系に設けられたスロットル弁を駆動し吸入空気量を調整する制御手段であり、前記補正手段はアイドル運転時の目標吸入空気量を補正する請求項１記載の内燃機関のアイドル運転制御装置とすることで、リーンバーン制御の作動・非作動に応じてアイドル運転時の目標吸入空気量を補正することになり、円滑なアイドル運転状態を実現することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下本発明に係る一実施の形態について図２ないし図６に図示し説明する。
本実施例は車載内燃エンジンに適用したもので、図２は該内燃エンジンの燃料供給制御システムの全体概略図である。
【００１３】
該内燃エンジン１に燃料を供給する吸気路２は、その上流端にエアクリーナ３が備えられ、途中にスロットル弁４が吸気路２を開閉自在に配設され、下流側には燃料噴射弁５が設けられ、エアクリーナ３を介して吸気路２に導入された空気は、スロットル弁４によって流量を調節されてインテークマニホールド６に入り、燃料噴射弁５より噴射される燃料とともに吸気弁７が開閉する吸気ポートを通じて燃焼室８に流入する。
【００１４】
流入した混合気は、燃焼してピストン９を駆動し、排気弁10で開閉される排気ポートを通ってエキゾーストマニホールド11から排気路を経てエンジン外に排出される。
【００１５】
また該内燃エンジン１が搭載される車両の運転室床面にはアクセルペダル12が配設されており、同アクセルペダル12はスプリングによりアイドル位置に付勢され運転者の踏込動作に応じて揺動する。
【００１６】
図２に示すようにアクセルペダル12とスロットル弁４とは機械的に連結されておらず、アクセルペダル12の踏込量はアクセルペダル12の揺動軸に設けられたポテンショメータからなるアクセルセンサ13によって検出され、スロットル弁４はステップモータ15によって開閉駆動され、ステップモータ15は電子制御ユニットＥＣＵ20からの駆動信号によって動作するようになっている。
【００１７】
ステップモータ15の駆動軸15ａは、スロットル弁４の弁軸４ａと同軸にあって、ギア等の変速連結具を一切介さずに直接連結部16で連結されている。
ステップモータ15の正逆回転角度は、そのままスロットル弁４の開閉角度となる。
このスロットル弁４の開閉角度はポテンショメータ等からなるスロットルセンサ17によって検出され、その検出信号はＥＣＵ20に入力される。
【００１８】
吸気路２において、上流側には大気圧センサ21が配設され、スロットル弁４の下流には吸入空気の絶対圧を検出する吸気圧センサ22が設けられ、さらに下流側には吸入空気の温度を検出する吸気温センサ23が設けられている。
【００１９】
また内燃エンジン１の燃焼室８付近適宜位置には冷却水温を検出する水温センサ24、ディストリビュータ内にはクランク角センサ25が設けられ、またエンジン回転数センサ26、車速センサ27、駆動輪速度センサ28が適宜位置に設けられている。
以上の各センサの検出信号はＥＣＵ20に入力される。
【００２０】
その他本制御装置においては、バッテリ電圧を検出するバッテリ電圧センサ29等の各種センサからの検出信号がＥＣＵ20に出力されるようになっている。
ここにステップモータ15は、ハイブリッド型の４相ステッピングモータで、２相励磁駆動方式で駆動される。
【００２１】
本制御系の概略ブロック図を図３に示す。
ＥＣＵ20内において燃料供給制御の方はＦＩ−ＣＰＵ40が行っており、ＦＩ−ＣＰＵ40は内燃機関の運転状態を検出する前記各種センサーからの検出信号が入力され、例えば吸気管内絶対圧ＰB ，吸気温ＴA ，エンジン水温ＴW ，エンジン回転数ＮE ，車速Ｖその他前記アクセルセンサ13からのアクセルペダル角度ＡＰS ，スロットルセンサ17からのスロットル弁開度ＴＨS 等が入力され、運転状態に基づき燃料噴射弁５を制御するＩＮＪ信号および点火時期を制御するＩＧ信号がゲート41を介して出力される。
【００２２】
例えば、ＥＣＵ20は、上述の各種センサーからの出力信号に基づいて燃料噴射量（通常は燃料噴射時間）を決める場合に、
ＴOUT ＝  ＴREF ＊ＴTW（＊ＴHAC ＊・・・）＊Ｋ
ＴREF ：エンジンの運転状態（例えば負荷、ＰB やエンジン回転数など）から求まる基本燃料噴射時間
ＴTW  ：水温で定まる補正定数
ＴHAC ：電気負荷などから定まる補正定数
その他：吸気温など種々補正定数は任意に決められる
Ｋ    ：空燃比補正定数
のようにして燃料噴射量を決定する。
【００２３】
そして、Ｋが空燃比をリーン側に制御するための補正係数であり、始動直後に（特に低温始動時）燃焼効率が悪いため未燃焼ガス中のＨＣが大量に発生し易く、空燃比をリーン側にすることで未燃焼ガスを減らし結果的にＨＣの発生を抑えようとするために使用される。
また、空燃比を理論（ストイキ）空燃比とする場合には、Ｋ＝１．０に設定される。
【００２４】
一方ステップモータ15によるスロットル弁４の開度制御はＤＢＷ−ＣＰＵ45が行っており、前記アクセルセンサー13およびスロットルセンサ17が検出するアクセルペダル角度ＡＰS ，スロットル弁開度ＴＨS の信号が入力され、ステップモータ15を駆動する励磁相φおよびデューティＤの信号がステップモータ駆動回路46に出力され、ステップモータ駆動回路46によりステップモータ15が駆動される。
【００２５】
ＦＩ−ＣＰＵ40には、運転状態を検出するセンサのほかアクセルセンサー13やスロットルセンサ17の検出信号も入力されており、各検出信号を基にした目標スロットル開度がそれぞれ演算され、これらの情報はＦＩ−ＣＰＵ40とＤＢＷ−ＣＰＵ45との間で信号のやり取りを行っているＤＰ−ＲＡＭ42を介してＤＢＷ−ＣＰＵ45に送信されるようになっている。
【００２６】
ＤＢＷ−ＣＰＵ45は、これらの情報を基にして途中各種補正を加えて最終的な目標スロットル開度ＴＨO を決定し、スロットル弁４のスロットル開度を最終目標スロットル開度ＴＨO にすべくステップモータ15に供給する電流の前記励磁相φおよびデューティＤを設定して出力する。
なお運転状況あるいは異常状態によってはＦＩ−ＣＰＵ40側がＤＰ−ＲＡＭ42に介入してバックアップに入ることができ、このときはＤＰ−ＲＡＭ42による送受信は停止する。
【００２７】
最終目標スロットル開度ＴＨO は、次の(1) 式のように前記アクセルセンサ13が検出するアクセルペダル角度ＡＰS を主として演算される目標スロットル開度ＴＨNML に加算項としてアイドルスロットル開度ＴＨIDL が加算されて算出される。
ＴＨO ＝ＴＨNML ＋ＴＨIDL     …………    (1)
【００２８】
同(1) 式よりアイドルスロットル開度ＴＨIDL は通常アクセルペダル12が踏まれていないアイドル状態（ＴＨNML ＝０）において最終目標スロットル開度ＴＨO になるもので、アクセルペダル12を踏み始めるとこのアイドルスロットル開度ＴＨIDL から作用してアクセルペダル12によるスロットル弁４の開きが始まる。
【００２９】
目標スロットル開度ＴＨNML は、アクセルペダル角度ＡＰS に基づいて決定され、予め設定されたマップを検索して補正された目標スロットル開度ＴＨNML を求めるようにしている。
【００３０】
こうして検索された目標スロットル開度ＴＨNML は直接スロットル弁４の駆動に供されるのではなく、図５に示すフローチャートに従ってさらに修正がなされて目標スロットル開度ＴＨNML が決定され、この決定値にアイドルスロットル開度ＴＨIDL が加算されて最終的な目標スロットル開度が設定される。
【００３１】
ここにアイドル状態の目標スロットル開度ＴＨNML であるアイドルスロットル開度ＴＨIDL の決定に際し、始動後リーンバーン制御の作動の有無が影響するので、まず始動後リーンバーン制御の解除の判別を行う作業手順を図４のフローチャートに従って説明する。
【００３２】
ステップ１では車両のシフトギアが通常走行モードであるＤレンジにあるか否かが判別され、Ｄレンジ以外のレンジにあれば次のステップ２に進み、Ｄレンジにあればステップ７に飛んで始動後リーンフラグＦLNを０とし、始動後リーンバーン制御の解除を指示する。
【００３３】
ステップ２に進んだときは、始動直後のリーンバーン制御を行うべき所定時間が経過したか否かを判別し、所定時間が経過していないときはステップ３に進み、経過したときはステップ７に飛び始動後リーンフラグＦLNを０とし、始動後リーンバーン制御の解除を指示する。
【００３４】
ステップ３，４に進んだときは、内燃機関の水温ＴW が、始動後リーンバーン制御を支障なく行うことができる温度範囲（ＴWL≦ＴW ≦ＴWH）にあるか否かを判別し、この温度範囲内にあればステップ５に進み、温度範囲外にあるとステップ７に飛んで始動後リーンフラグＦLNを０とする。  なおここで下限温度ＴWLはこの温度以下であると燃料の霧化に支障が生じるおそれがある程に低い温度であり、上限温度ＴWHはこの温度以上であるとパーコレーションが予想される程の高温である。
【００３５】
ステップ５に進んだときは、目標スロットル開度ＴＨNML が、ドライバーの走行意志を判別するヒステリシスを有するアイドル判定閾値ＴＨH/L 以下であるか否かを判別しており、アイドル判定閾値ＴＨH/L 以下であればステップ６に進んで始動後リーンフラグＦLNに１を立て始動後リーンバーン制御を指示し、アイドル判定閾値ＴＨH/L を越えたときはステップ７に飛んで始動後リーンフラグＦLNを０とする。
【００３６】
すなわちシフトレンジがＤレンジ以外で、始動後所定時間内にあり、内燃機関の水温ＴW が所定温度範囲内にあり、目標スロットル開度ＴＨNML が所定アイドル判定閾値を越えていない条件が全て満足された場合にのみ、始動後リーンバーン制御を行い始動後リーンフラグＦLNに１を立てておき、上記条件の１つでも満足されない場合は、始動後リーンバーン制御の解除を指示し始動後リーンフラグＦLNを０とし、始動後リーンバーン制御の解除を指示する。
こうして始動後リーンフラグＦLNに基づいて始動後リーンバーン制御の作動・非作動が設定される。
【００３７】
次にアイドルスロットル開度ＴＨIDL を決定する手順を、図５にフローチャートで示し、以下同フローチャートに従って説明する。
まずステップ11でクランキングが終了したか否かすなわちスタータモータによりエンジンが始動したか否かを判別し、クランキング中ならばステップ15に飛びクランキングモードにおける目標吸入空気量ＱIDL が演算され、クランキングが終了していれば次のステップ12に進みアイドル状態にあるか否かを判別し、アイドル状態にあればステップ13に進みフィードバックモードにおける目標吸入空気量ＱIDL が演算され、アイドル状態でなければステップ14に進みオープンモードにおける目標吸入空気量ＱIDL が演算される。
【００３８】
各モードにおける目標吸入空気量ＱIDL はそれぞれのモードにおける外部負荷状態より算出され、ステップ３のフィードバックモードでは次の(2) 式により、
ＱIDL ＝（ＱFBN ＋ＱLOAD＋ＱSA）＊ＫPAD ＋ＱPA  ……(2)
ステップ４のオープンモードでは次の(3) 式により、
ＱIDL ＝（ＱXREF＋ＱTW＋ＱLOAD＋ＱSA）＊ＫPAD ＋ＱDEC ＋ＱPA  ……(3)
ステップ５のクランキングモードでは次の(4) 式により、
ＱIDL ＝（ＱXREF＋ＱCRST）＊ＫPAD ＋ＱPA  ……(4)
目標吸入空気量ＱIDL が求められる。
【００３９】
ここにＱFBN はフィードバック吸入空気項、ＱLOADは電気負荷項、ＱSAはショットエア項、ＱXREFはフィードバック項の学習値、ＱTWは水温補正項、ＱCRSTは始動時水温補正項であり、ＫPAD は大気圧補正乗算項であり、ＱPAは大気圧補正加算項、ＱDEC は減速補正加算項である。
【００４０】
こうして目標吸入空気量ＱIDL が算出されるとステップ16に進み、前記始動後リーンフラグＦLNが０であるか１であるかを判別し、１が立って始動後リーンバーン制御時ならばステップ17に進んで補正係数ＫLNを検索により求めてステップ19に進み、一方ＦLN＝０で始動後リーンバーン制御が解除されている時はステップ18に進んで補正係数ＫLNを1.0 としてステップ19に進む。
【００４１】
補正係数ＫLNは、ステップ19で明らかなように、前記ステップ13，14，15において算出した目標吸入空気量ＱIDL に乗算して補正を加える係数である。
この補正係数ＫLNを決定するに際し、始動後リーンバーン制御が解除されている時はＫLN＝1.0 とする（ステップ18）ので、目標吸入空気量ＱIDL は補正が加えられないと同じであり、ステップ13，14，15において算出した目標吸入空気量ＱIDL をそのまま用いることになる。
【００４２】
他方始動後リーンバーン制御時におけるステップ17での補正係数ＫLNの検索は、混合気のリーン状態に基づいて検索され、リーン状態と補正係数ＫLNの対応をグラフで表すと、図６のようになる。
横軸がリーンの程度を示し空燃比に相当し、1.0 の位置が略理論空燃比に相当し、値が小さくなる程リーンの程度が増し、縦軸が補正係数ＫLNの値を示す。
【００４３】
リーン状態が1.0 を越える値のときは、補正係数ＫLNは1.0 に固定し、1.0 より小さくリーンの程度が大きくなる程補正係数ＫLNは1.0 から徐々に増加するように予め決められている。
通常リーンバーン制御時は、リーン状態は1.0 以下であるので、補正係数ＫLNは1.0 以上の値が検索されて目標吸入空気量ＱIDL は増す方向に補正される。
【００４４】
なお始動後リーンバーン制御の解除後は、ステップ18でＫLN＝1.0 とされるが、ステップ17の検索においてリーン状態が1.0 を越えて補正係数ＫLNが1.0 に固定されるのとほぼ合致する。
【００４５】
こうして補正された目標吸入空気量ＱIDL は、ステップ20においてＱIDL のリミットチェックがなされ、限界値を越えるようなときはその限界値を目標吸入空気量ＱIDL とする。
次のステップ21では目標吸入空気量ＱIDL に基づきアイドルスロットル開度ＴＨIDL がテーブル検索され、さらに次のステップ22で、検索されたアイドルスロットル開度ＴＨIDL をモータのステップ数に換算している。
【００４６】
以上のようにして算出されたアイドルスロットル開度ＴＨIDL は前記(1) 式に示すようにアクセルペダル角度ＡＰS を主として演算される第１目標スロットル開度ＴＨAPに加算されて最終的な目標スロットル開度ＴＨO が求められ、同最終目標スロットル開度ＴＨO にすべくスロットル弁４が駆動される。
【００４７】
したがって始動後リーンバーン制御時においてリーンの程度に応じて目標吸入空気量ＱIDL の補正が行われるので、エンジン水温ＴW が例えば10℃（なお始動後リーンバーン制御の作動・非作動の判別を行う図３のフローチャートにおけるステップ４の下限温度ＴWLは、さらに低い値である）以下の低い温度である場合でも燃焼を安定化させてエンジン回転数の変動を防止することができる。
【００４８】
また始動後リーンバーン制御の作動・非作動に応じて目標吸入空気量ＱIDL の補正量を異ならしめ、リーンの程度でアイドルスロットル開度ＴＨIDL を適切に設定することができるので、始動後リーンバーン制御が解除されたときのアイドルスロットル開度ＴＨIDL を適切に保ち、出力トルクの変動を抑制しエンジン回転数の変動を防止することができる。
【００４９】
例えばアクセルペダルが踏み込まれて始動後リーンバーン制御が解除されたときでも、エンジン回転数の変動を防止することができる。
またエアコン等の負荷補正量である前記電気負荷項ＱLOADは、始動後リーンバーン制御の解除前後で異なる値を設定しているが、吸入空気量に対するエンジントルクの変動でこの値が適切でなくなることも防止することができる。
このように常に円滑なアイドル運転状態を実現することができる。
【００５０】
以上の実施の形態では、目標吸入空気量ＱIDL の補正を行いアイドルスロットル開度ＴＨIDL を制御していたが、点火時期を補正して制御するようにしてもよい。
すなわち始動後リーンバーン制御の作動・非作動に応じて点火時期の補正を行うことで、常に安定した燃焼を可能としエンジン回転数の変動を防止することができる。
【００５１】
また吸気系にバイパス通路が形成されたバイパスエア制御システムが構成されたものにおいては、バイパス空気量を調整することで、アイドルエンジン回転数を制御することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の内燃機関のアイドル運転制御装置の概念的に示した構成図である。
【図２】本発明に係る一実施の形態の内燃エンジンの燃料供給制御システムの全体概略図である。
【図３】同燃料供給制御システムの制御系の概略ブロック図である。
【図４】始動後リーンバーン制御の解除判別の作業手順を示すフローチャートである。
【図５】アイドル目標スロットル開度ＴＨIDL を決定する作業手順を示すフローチャートである。
【図６】目標吸入空気量ＱIDL の補正係数ＫLNを検索するテーブルをグラフ化した図である。
【符号の説明】
１…内燃エンジン、２…吸気路、３…エアクリーナ、４…スロットル弁、５…燃料噴射弁、６…インテークマニホールド、７…吸気弁、８…燃焼室、９…ピストン、10…排気弁、11…エキゾーストマニホールド、12…アクセルペダル、13…アクセルセンサ、
15…ステップモータ、16…連結部、17…スロットルセンサ、
20…ＥＣＵ、21…大気圧センサ、22…吸気圧センサ、23…吸気温センサ、24…水温センサ、25…クランク角センサ、26…エンジン回転数センサ、27…車速センサ、28…駆動輪速度センサ、29…バッテリ電圧センサ、
40…ＦＩ−ＣＰＵ、41…ゲート、42…ＤＰ−ＲＡＭ、
45…ＤＢＷ−ＣＰＵ、46…ステップモータ駆動回路。
【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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