(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともアイドルを含む所定の運転領域で目標空燃比が理論空燃比よりもリーンに設定されるエンジンのアイドル回転学習制御装置であって、
アイドル運転時に、エンジン回転速度を目標アイドル回転速度に近づけるようにエンジンの吸入空気量をフィードバック制御した結果に基づいて、エンジンの吸気系における経時的な開口面積の減少変化分を学習する構成であって、前記開口面積の減少変化分の学習を、目標空燃比を強制的に理論空燃比に設定した状態で行わせることを特徴とするエンジンのアイドル回転学習制御装置。
【請求項２】
少なくともアイドルを含む所定の運転領域で目標空燃比が理論空燃比よりもリーンに設定されるエンジンにおいて、
エンジンのアイドル運転時に、エンジン回転速度を目標アイドル回転速度に近づけるように、エンジンの吸入空気量を調整するためのフィードバック補正量を設定するフィードバック補正量設定手段と、
エンジンの吸気系における経時的な開口面積の減少変化分を学習する学習条件を判別する学習条件判別手段と、
該学習条件判別手段により前記学習条件の成立が判別されたときに、前記目標空燃比を強制的に理論空燃比に設定するリーン燃焼禁止手段と、
該リーン燃焼禁止手段により前記目標空燃比を強制的に理論空燃比に設定した状態で、前記フィードバック補正量設定手段により設定されたフィードバック補正量に基づいて、前記開口面積の減少変化分に相当する学習補正量を学習するアイドル学習手段と、
前記フィードバック補正量及び学習補正量に基づいてエンジンの吸入空気量を制御する空気量制御手段と、
を含んで構成されたことを特徴とするエンジンのアイドル回転学習制御装置。
【請求項３】
前記リーン燃焼禁止手段による目標空燃比を強制的に理論空燃比に設定する制御の実行を、予め定めた学習頻度内に制限する学習頻度制限手段を設けたことを特徴とする請求項２記載のエンジンのアイドル回転学習制御装置。
【請求項４】
前記予め定めた学習頻度が、イグニッションスイッチのＯＮ中に１回の割合であることを特徴とする請求項３記載のエンジンのアイドル回転学習制御装置。
【請求項５】
前記予め定めた学習頻度が、前記学習条件が継続して所定時間以上成立している状態毎に１回の割合であることを特徴とする請求項３記載のエンジンのアイドル回転学習制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンのアイドル回転学習制御装置に関し、詳しくは、エンジンの吸気系の開口面積が、汚れや詰まり等によって経時的に減少変化した分を学習補正する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動車用エンジンでは、エンジンのアイドル運転時に、エンジン回転速度が目標アイドル回転速度に近づくように、エンジンの吸入空気量をフィードバック制御している。
また、所定の学習条件が成立しているときに、前記目標アイドル回転速度を得るためのフィードバック補正量を、汚れや詰まりによる経時的な吸気系開口面積の減少変化分として学習することが行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、空燃比２０〜２５程度で燃焼を行わせるリーンバーンエンジンや、燃料を直接筒内に噴射させて成層燃焼を行わせることで４０〜５０程度の超リーン空燃比での燃焼を可能にする直噴式ガソリンエンジンが開発されている。
そして、上記のようなエンジンにおいては、一般に、アイドルを含む低回転，低負荷領域ではリーン燃焼を行わせて燃費や排気エミッションの改善を図るようになっている。このため、従来のアイドル学習制御をそのまま前記リーンバーンエンジンや直噴式ガソリンエンジンでは、リーン燃焼状態で学習が行われることになる。
【０００４】
しかしながら、リーン空燃比で燃焼させている場合には、理論空燃比で燃焼させる場合に比べ、エンジンの要求吸入空気量が多くなるため、汚れや詰まりによる空気量の減少変化分が、全体の吸入空気量に占める割合が小さくなり、リーン燃焼状態でアイドル学習を行う構成では、汚れや詰まりによる開口面積の減少変化分を高精度に学習させることが困難であるという問題があった。
【０００５】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、リーンバーンエンジンや直噴式ガソリンエンジンなどのアイドル時の空燃比が理論空燃比よりもリーンに制御されるエンジンにおいて、汚れや詰まりによる開口面積の減少変化分の学習を、高精度に行えるようにすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そのため、請求項１記載の発明では、少なくともアイドルを含む所定の運転領域で目標空燃比が理論空燃比よりもリーンに設定されるエンジンのアイドル回転学習制御装置であって、アイドル運転時に、エンジン回転速度を目標アイドル回転速度に近づけるようにエンジンの吸入空気量をフィードバック制御した結果に基づいて、エンジンの吸気系における経時的な開口面積の減少変化分を学習する構成であって、前記開口面積の減少変化分の学習を、目標空燃比を強制的に理論空燃比に設定した状態で行わせる構成とした。
【０００７】
かかる構成によると、本来理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御されるアイドル運転時であっても、前記開口面積の減少変化分を学習する場合には、理論空燃比で燃焼させるようにする。即ち、学習時には、汚れや詰まりによる吸入空気量の低下分が、全体の吸入空気量に占める割合を大きくすべく、空燃比をリーンから理論空燃比に切り換えてエンジンの吸入空気量を少なくするものである。
【０００８】
一方、請求項２記載の発明は、図１に示すように構成される。
図１において、フィードバック補正量設定手段は、エンジンのアイドル運転時に、エンジン回転速度を目標アイドル回転速度に近づけるように、エンジンの吸入空気量を調整するためのフィードバック補正量を設定する。
また、学習条件判別手段は、エンジンの吸気系における経時的な開口面積の減少変化分を学習する学習条件を判別する。
【０００９】
そして、リーン燃焼禁止手段は、学習条件判別手段により前記学習条件の成立が判別されたときに、前記目標空燃比を強制的に理論空燃比に設定する。
ここで、アイドル学習手段は、リーン燃焼禁止手段により前記目標空燃比を強制的に理論空燃比に設定した状態で、前記フィードバック補正量設定手段により設定されたフィードバック補正量に基づいて、前記開口面積の減少変化分に相当する学習補正量を学習し、空気量制御手段は、前記フィードバック補正量及び学習補正量に基づいてエンジンの吸入空気量を制御する。
【００１０】
かかる構成によると、学習条件の成立が判別されると、目標空燃比をリーン空燃比から理論空燃比に強制的に変更し、該理論空燃比で燃焼させている状態でのフィードバック補正量から、開口面積の減少変化分を学習補正量として学習する。そして、前記フィードバック補正量と学習補正量とに基づいて、エンジンの吸入空気量を制御して、目標アイドル回転速度を得る。
【００１１】
請求項３記載の発明では、前記リーン燃焼禁止手段による目標空燃比を強制的に理論空燃比に設定する制御の実行を、予め定めた学習頻度内に制限する学習頻度制限手段を設ける構成とした。
かかる構成によると、リーン空燃比で燃焼させるべきアイドル時において、学習のために強制的に理論空燃比で燃焼させる制御が、学習条件成立時に無条件に繰り返されるのではなく、予め定められた学習頻度内に制限される。即ち、所定の学習頻度での学習が行われた場合、又は、所定の学習頻度条件を満足しない場合には、たとえ学習条件が成立していても、強制的に理論空燃比に設定しての学習を行わせない。
【００１２】
請求項４記載の発明では、前記予め定めた学習頻度を、イグニッションスイッチのＯＮ中に１回の割合とする構成とした。
かかる構成によると、イグニッションスイッチがＯＮされた後、１回でも空燃比を理論空燃比に設定して学習が行われると、その後は、たとえ学習条件が成立しても、空燃比を強制的に理論空燃比にすることはせず、従って、学習も行わない。
【００１３】
請求項５記載の発明では、前記予め定めた学習頻度を、前記学習条件が継続して所定時間以上成立している状態毎に１回の割合とする構成とした。
かかる構成によると、学習条件が成立しても直ちに空燃比を理論空燃比にして学習を行わせるのではなく、学習条件が成立している状態が所定時間以上継続してから空燃比を理論空燃比に設定して学習を行わせる。従って、学習条件が成立しても短時間のうちの該学習条件を脱したときには、空燃比を切り換えての学習は行われない。
【００１４】
【発明の効果】
請求項１及び請求項２記載の発明によると、吸気系の開口面積の汚れや詰まりによる減少変化分の学習を、空燃比をリーン空燃比から理論空燃比に強制的に切り換えて行わせるようにしたので、前記汚れや詰まりによる空気量の低下分が全体の空気量に占める割合が高い状態で学習を行わせることができ、以て、前記学習を高精度に行わせることができるという効果がある。
【００１５】
請求項３記載の発明によると、空燃比をリーンから理論空燃比に強制的に切り換えて行われる学習の頻度を制限することで、学習に伴って理論空燃比で燃焼させることによる燃費，排気エミッションの悪化を抑制できるという効果がある。請求項４記載の発明によると、イグニッションスイッチのＯＮ中に理論空燃比でアイドル運転される機会を１回に制限して燃費，排気エミッションの悪化を抑制できるという効果がある。
【００１６】
請求項５記載の発明によると、学習条件が所定時間以上継続して初めて学習を行わせることで、短時間で学習条件を脱した場合に空燃比を理論空燃比に切り換えての学習が行われることを回避し、以て、学習に伴う燃費，排気エミッションの悪化を抑制できるという効果がある。
【００１７】
【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。
図２は、実施の形態におけるエンジンのシステム構成図であり、この図２に示すエンジン１は、各気筒毎に筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁２を備えると共に、各気筒毎に点火プラグ４を備えた直噴ガソリンエンジンである。
【００１８】
前記燃料噴射弁２は、マイクロコンピュータを内蔵したコントロールユニット３からの噴射パルス信号に応じて各気筒毎に制御されるようになっている。また、各点火プラグ４にはそれぞれにイグニッションコイル５が備えられ、前記コントロールユニット３からの点火信号に応じてパワトラユニット６が各イグニッションコイル５の１次側への通電をオン・オフして各気筒毎に点火時期が制御されるようになっている。
【００１９】
前記コントロールユニット３には、燃料噴射や点火時期制御等のために各種センサから検出信号が入力される。
前記各種センサとしては、吸入空気流量を検出するエアフローメータ７，モータ１３によって開閉駆動される電制式のスロットル弁８の開度を検出するスロットルセンサ９，クランク角を検出するクランク角センサ１０，冷却水温度を検出する水温センサ１１，排気中の酸素濃度に基づいて燃焼混合気の平均空燃比を検出する酸素センサ１２などが設けられている。
【００２０】
一方、前記コントロールユニット３は、例えば目標の出力トルク及びエンジン回転速度に応じて目標当量比（目標空燃比）と燃焼モードとを予め設定した目標当量比マップを複数備え、該複数の目標当量比マップを水温，始動後時間，車速，加速度などの条件に応じて切り換えて参照し、目標当量比及び燃焼モードの要求を判別して、前記燃料噴射弁２による燃料噴射量及び噴射時期を制御する。
【００２１】
前記燃焼モードとしては、吸気行程において燃料を噴射させることで均質燃焼を行わせる均質燃焼モード、圧縮行程において燃料を噴射させることで点火プラグ４近傍に濃い混合気を形成させて成層リーン燃焼を行わせる成層燃焼モードが設定されており、前記均質モードにおいては目標当量比が、運転領域に応じてリーン，ストイキ（理論空燃比），リッチに制御される。尚、アイドルを含む低負荷，低回転領域において、始動時を除いては、成層燃焼モード（成層リーン燃焼）又は均質リーンが設定される構成となっている。
【００２２】
また、コントロールユニット３は、アイドル運転時に、目標アイドル回転速度を得るためのモータ１３の基本制御信号を決定すると共に、エンジン回転速度が目標アイドル回転速度に近づくように前記基本制御信号をフィードバック補正量で補正して、該補正された制御信号をモータ１３に出力してスロットル弁８の開度を調整する。かかるコントロールユニット３の機能がフィードバック補正量設定手段に相当する。
【００２３】
更に、スロットル弁８の汚れ等により開度に対する開口面積が経時的に減少し、開度に対して得られる吸入空気量が減少した分を学習するようになっており、該学習によって得られた学習補正量と前記フィードバック制御によって得られる補正量とに基づいてモータ１３への制御信号を決定するようになっており、コントロールユニット３は、アイドル学習手段，空気量制御手段としての機能も有している。
【００２４】
ここで、前記学習制御の様子を説明する。
図３のフローチャートにおいて、ステップ１（図中にはＳ１と記してある。以下同様）では、エンジンが完暖状態であるか否かを、水温センサ１１で検出される冷却水温度に基づいて判別する。
完暖状態であるときには、ステップ２へ進み、外部負荷の非投入状態であるか否かを判別する。具体的には、エアコンがＯＦＦ，Ｎレンジ，ヘッドライト等の電気負荷ＯＦＦであるときを、外部負荷の非投入状態（無負荷状態）として判断する。
【００２５】
外部負荷の非投入状態であるときには、ステップ３へ進み、前記目標アイドル回転速度へのフィードバック制御が行われるアイドル運転状態であるか否かを判別する。
そして、前記ステップ３でアイドルであると判別されたとき、即ち、エンジンが完暖状態で、かつ、外部負荷の非投入状態であって、かつ、アイドルであるときには、学習条件が成立していると判断して、ステップ４へ進む。
【００２６】
上記のステップ１〜３の部分が学習条件判別手段に相当する。
ステップ４では、前記目標当量比マップによって均質リーン又は成層リーンに設定されている燃焼状態を、目標当量比を理論空燃比とする均質燃焼モードに強制的に切り換える。この部分が、リーン燃焼禁止手段に相当する。
上記のリーン空燃比から理論空燃比への強制的な切り換えを行うことで、エンジンの吸入空気量が絞られることになり、これにより、汚れや詰まりによる空気量の低下分が全体の吸入空気量に占める割合が大きくなり、学習精度の向上が図られることになる。
【００２７】
理論空燃比への切り換えが行われて燃焼状態が安定すると、ステップ５へ進み、そのときのフィードバック補正量の平均値を求め、該平均値とそれまでの学習補正量との加重平均値を、新たな学習補正量として更新記憶させる（アイドル学習手段）。
ところで、上記のように、学習条件が成立する毎にリーン燃焼状態から理論空燃比に切り換えて学習を行わせる構成であると、汚れや詰まりの進行に対して学習機会が過剰となり、学習毎に理論空燃比へ切り換えられることで、燃費や排気エミッションの悪化を招くことになってしまう。
【００２８】
そこで、図４のフローチャートに示すようにして、予め定められた学習頻度内に制限することが好ましい。
図４のフローチャートにおいて、ステップ１１〜ステップ１３においては前記ステップ１〜３と同様に、学習条件が成立しているか否かを判別する。
そして、学習条件の成立が判別されると、ステップ１４へ進み、本トリップ中に１回でも学習を行ったか否かを判別する。
【００２９】
前記トリップとは、イグニッションスイッチがＯＮされてからＯＦＦされるまでの間を示す。従って、前記ステップ１４における判別は、イグニッションスイッチがＯＮされてから１回でも学習を行ったか否かを判別することになる。
ステップ１４で、学習済であると判別されたときには、ステップ１５，１６を迂回して本ルーチンを終了させることにより、理論空燃比への切り換え及び学習を行わない。これにより、１トリップ中における学習は１回だけに制限されることになる。上記ステップ１４の部分が、学習頻度制限手段に相当することになる。
【００３０】
一方、学習が行っていないときには、ステップ１５へ進んで、リーンから理論空燃比への強制的な切り換えを行わせ、次のステップ１６では、そのときのフィードバック補正量を、汚れや詰まりによる空気量の低下分（開口面積の減少変化分）として学習する。
また、上記では、１トリップ当たり１回の学習頻度に制限する構成としたが、学習条件が所定時間以上継続して初めて学習を実行させるようにしても、学習頻度を制限できることになり、かかる実施の形態を、図５のフローチャートに示す。
【００３１】
図５のフローチャートにおいて、ステップ２１〜ステップ２３においては前記ステップ１〜３と同様に、学習条件が成立しているか否かを判別する。
そして、学習条件の成立が判別されると、ステップ２４へ進み、学習条件が継続して所定時間以上成立しているか否かを判別する。
ここで、学習条件が成立していても、前記所定時間内であるときには、ステップ２５，２６を迂回して本ルーチンを終了させる。従って、学習条件が成立しても短時間のうちに学習条件を脱するような場合には、学習が行われないことになり、学習の機会が、比較的長い時間学習条件が成立しているときに限定されることになる。上記ステップ２４の部分が、学習頻度制限手段に相当する。
【００３２】
一方、学習条件が所定時間以上継続しているとステップ２４で判別された場合には、ステップ２５へ進んで、リーンから理論空燃比への強制的な切り換えを行わせ、次のステップ２６では、そのときのフィードバック補正量を、汚れや詰まりによる空気量の低下分（開口面積の減少変化分）として学習する。
尚、上記の実施の形態では、学習条件を、エンジンが完暖状態で、かつ、外部負荷の非投入状態であって、かつ、アイドルであるときとしたが、学習条件を上記のものに限定するものではない。
【００３３】
また、スロットル弁をバイパスする補助空気通路と、該補助空気通路に介装されたアイドル制御弁とを備え、前記アイドル制御弁の開度を制御して目標アイドル回転速度に制御するものであっても良い。
更に、直噴ガソリンエンジンではなく、吸気ポートに燃料噴射弁を備えたリーンバーンエンジンであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項２記載のアイドル回転学習制御装置の基本構成を示すブロック図。
【図２】実施の形態におけるエンジンのシステム構成図。
【図３】アイドル回転学習の第１の実施の形態を示すフローチャート。
【図４】アイドル回転学習の第２の実施の形態を示すフローチャート。
【図５】アイドル回転学習の第３の実施の形態を示すフローチャート。
【符号の説明】
１      エンジン
２      燃料噴射弁
３      コントロールユニット
４      点火プラグ
７      エアフローメータ
８      スロットル弁
９      スロットルセンサ
１０      クランク角センサ
１１      水温センサ
１２      酸素センサ
１３      モータ
【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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