(57)【要約】【課題】従来の空燃比制御システムでは、リッチな状態である混合気を積極的に検出して抑制しようとするものではないため、混合気がリッチになった場合にはその状態で運転が行われることになる。したがって、従来の空燃比制御システムは、環境問題等を鑑みると好ましいシステムとは言い難い。【解決手段】燃料制御弁２２と、スロットル弁２５と、混合気に燃料を供給するための燃料増量弁２７と、ＥＣＵ１０とを具備する空燃比制御システムにおいて、排気ガスの成分を検出するための空燃比センサ５０を具備し、ＥＣＵ１０は、空燃比センサ５０の検出結果に基づいて、燃料制御弁２２、スロットル弁２５、及び燃料増量弁２７を制御する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気と燃料との混合気を生成するベンチュリに供給する燃料の量を制御する燃料制御弁と、
上記混合気の量を制御するスロットル弁と、
上記スロットル弁を通過した混合気に燃料を供給するための燃料増量弁と、
上記燃料制御弁、上記スロットル弁、及び上記燃料増量弁を制御する制御手段と、
を具備する空燃比制御システムにおいて、
排気ガスの成分を検出するための空燃比センサを具備し、
上記制御手段は、上記空燃比センサの検出結果に基づいて、上記燃料制御弁、上記スロットル弁、及び上記燃料増量弁を制御することを特徴とする空燃比制御システム。
【請求項２】
前記制御手段は、前記空燃比センサの検出結果に基づいて前記混合気がリッチであると判定した後に、失火検知の回数又はエンジンの目標回転数と実際の出力回転数とから算出する偏差の移動平均値が、予め定められる閾値以上であると判断した場合に、該混合気はリーンであると判定してなる請求項１記載の空燃比制御システム。
【請求項３】
前記制御手段は、前記空燃比センサを異常と判断した場合に、前記燃料制御弁の開度を所定の開度で固定してなる請求項２記載の空燃比制御システム。
【請求項４】
前記制御手段は、前記燃料制御弁を全閉にする制御を実行した後に、前記空燃比センサの出力がリーン状態とならず、且つ、失火検知の回数又はエンジンの目標回転数と実際の出力回転数とから算出する偏差の移動平均値が、予め定められる閾値以上でないと判断した場合に、前記燃料制御弁を故障と判定してなる請求項２記載の空燃比制御システム。
【請求項５】
前記制御手段は、前記混合気をリーン化する制御を行う際に、点火エネルギー制限制御を作動してなる請求項２記載の空燃比制御システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料制御弁、スロットル弁、燃料増量弁、空燃比センサ、及び制御手段とを具備するガスエンジンの空燃比制御システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、図４に示すようなガスエンジンの一例であるエンジン６０に供給される混合気を制御するための空燃比制御システムがある。
図４に示す従来の空燃比制御システムに関するハードウェアの概略構成について簡単に説明する。
先ず、ベンチュリ２３がエアクリーナ３０を介して空気を取り入れる吸気通路に配置され、該ベンチュリ２３部分を通過するときに発生する負圧を利用して燃料が吸入されて、該空気と燃料との混合気を生成する。
上記ベンチュリ２３に供給される燃料は燃料制御弁２２によってその量が調節される。具体的には、燃料制御弁２２が具備するアクチュエータとしてのステッピングモータを制御手段の一例であるＥＣＵ１０（電子制御装置）で制御することによって該燃料の量を調節している。
尚、燃料制御弁２２を通過してベンチュリ２３に燃料を供給する系統の他に、固定弁２１を通過してベンチュリ２３に燃料を供給する系統がある。
ベンチュリ２３で生成された混合気はスロットル弁２５に到達し、該スロットル弁２５の開度によって、スロットル弁２５を通過する混合気の流量が変化する。
具体的には、スロットル弁２５の開度が大きくなる（開く）ことによって混合気の流量が増加し、他方該開度が小さくなる（閉じる）ことによって混合気の流量が減少する。
更に、スロットル弁２５の下流側（エンジン６０側）には、燃料増量弁２７によって調節された燃料が供給される。
この燃料増量弁２７が設けられる目的は以下である。
一般的に、スロットル弁２５の開度が全開に近づくと、混合気の流路の断面積の変化量が鈍化するため、スロットル弁２５を通過する「混合気の流量」の増加量（変化量）が鈍化する特性がある。（即ち、混合気の流路の正味の断面積は、混合気の流路となる管の全断面積からスロットル弁２５の弁体の断面積面に対する射影像の面積を引いたものである。）
そのため、「混合気の流量」の増加量が鈍化することによって、エンジン６０へ供給する「混合気中の燃料量」も抑制される。
即ち、スロットル弁２５の開度が全閉から中程度であると、線形性（スロットル弁２５の開度と「混合気中の燃料量」とが比例する）を示すが、中程度から全開の領域では該線形性が失われて非線形特性となることが一般に知られている。
つまり、スロットル弁２５の開度を大きくしても、エンジン出力があまり伸びなくなってしまう。
【０００３】
そこで、上記非線形特性となる領域（上述のスロットル弁２５の開度が中程度から全開）において、混合気に燃料を補うことによって混合気中の燃料量が近似的に線形性を示すように、上記燃料増量弁２７をスロットル弁２５の下流側に設けている。
つまり、スロットル弁２５の開度が中程度になったときに、連動して燃料増量弁２７の開度が開くことによって、混合気に燃料を補うことで「混合気中の燃料量」を近似的に線形性となるように補償することが可能となる。
このような制御を行っている従来の空燃比制御システムの具体例としては下記特許文献１、２、３に示すものがある。
また、このように含有する燃料量が制御された混合気は、エンジン６０のシリンダ４０内に吸入弁４１を介して吸入され、吸入弁４１及び排気弁４２が閉じた状態でピストン４５によって圧縮されて点火プラグ４３による点火によって爆発する。そして、このピストン４５の昇降によりクランク軸が回転され、その回転数が回転数センサ４４により検知され、ＥＣＵ１０に入力される。
上記爆発後の排気は排気弁４２を介して排出される。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２９５２９９号公報
【特許文献２】
特開平６−３４１３３５号公報
【特許文献３】
特開平１１−２２５５１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、例えば上記エアクリーナ３０のフィルターにおいて、取り入れる空気に含まれる煤塵等の微粒子によって該フィルターが汚染されることは一般に知られている。
このような汚染が更に進行すると、フィルターにおける空気通路が上記汚染によって詰まる或いは狭くなる等の問題がある。
この問題によって、例えば、ベンチュリ２３等に供給される空気流量が正常の場合の空気流量に比べて減少してしまうので、ベンチュリ２３で生成される混合気中の燃料の濃度が高くなってしまう。
即ち、取り入れる空気流量が減った分だけ混合気中の燃料の割合が増加してしまう。
したがって、エアクリーナ３０の汚染等によって、ベンチュリ２３で生成される混合気の空燃比がリッチになってしまう問題が発生する。
ここで、「リッチ」とは、混合気の空燃比が、混合気を過不足なく完全に爆発させるのに理想的な空燃比に比べて燃料の割合が多い状態を指している。
他方、「リーン」とは、混合気の空燃比が、混合気を過不足なく完全に爆発させるのに理想的な空燃比に比べて燃料の割合が少ない状態を指している。
【０００６】
このようにリッチになった混合気が、吸入弁４１を介してシリンダ４０内に吸入されて、点火プラグ４３の点火によって爆発した後に、排気ガスは排気弁４２より外部へ排出される。
また、このようなリッチな混合気を爆発させた後に生成される排気ガス中には、多量のＮＯｘ（窒素酸化物）、一酸化炭素、二酸化炭素等の化学物質が含まれることが一般的に知られている。
このような化学物質は、環境汚染等の問題が発生する原因物質となるので地球環境に対して好ましいものではないため、その排出を可能な限り抑制することが望ましい。
しかしながら、従来の空燃比制御システムでは、リッチな状態である混合気を積極的に検出して抑制しようとするものではないため、混合気がリッチになった場合にはその状態で運転が行われることになる。
したがって、従来の空燃比制御システムは、環境問題等を鑑みると好ましいシステムとは言い難い。
また、リッチな混合気でエンジン６０を作動させることは、混合気中の燃料量の割合が本来理想とされる空燃比に比べて高いため、不完全燃焼（不完全爆発）によって残った燃料が外部に排出されるので、省エネルギーの観点から見ても無駄が多く効率的ではない。
また、上述の場合、混合気がリッチになった原因は、エアクリーナ３０の汚染が元々の原因であるが、従来の空燃比制御システムは、該原因を特定できるものではなかった。
そのため、従来の空燃比制御システムにおいて、一旦リッチな混合気が発生した場合には、その原因を特定することに困難を極めるため、修理、メンテナンス等の作業においてリッチの原因を特定して排除することは容易ではなかった。
そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、混合気がリッチになることを防止すると共に、該混合気がリッチになった場合にその原因を容易に特定することを可能にして、修理、メンテナンス等の作業性を向上できる空燃比制御システムを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために本発明は、請求項１においては、空気と燃料との混合気を生成するベンチュリに供給する燃料の量を制御する燃料制御弁と、
上記混合気の量を制御するスロットル弁と、
上記スロットル弁を通過した混合気に燃料を供給するための燃料増量弁と、
上記燃料制御弁、上記スロットル弁、及び上記燃料増量弁を制御する制御手段と、
を具備する空燃比制御システムにおいて、
排気ガスの成分を検出するための空燃比センサを具備し、
上記制御手段は、上記空燃比センサの検出結果に基づいて、上記燃料制御弁、上記スロットル弁、及び上記燃料増量弁を制御することを特徴とする空燃比制御システムとして構成されている。
【０００９】
請求項２においては、前記制御手段は、前記空燃比センサの検出結果に基づいて前記混合気がリッチであると判定した後に、失火検知の回数又はエンジンの目標回転数と実際の出力回転数とから算出する偏差の移動平均値が、予め定められる閾値以上であると判断した場合に、該混合気はリーンであると判定してなる空燃比制御システムとして構成している。
【００１０】
請求項３においては、前記制御手段は、前記空燃比センサを異常と判断した場合に、前記燃料制御弁の開度を所定の開度で固定してなる空燃比制御システムとして構成されている。
【００１１】
請求項４においては、前記制御手段は、前記燃料制御弁を全閉にする制御を実行した後に、前記空燃比センサの出力がリーン状態とならず、且つ、失火検知の回数又はエンジンの目標回転数と実際の出力回転数とから算出する偏差の移動平均値が、予め定められる閾値以上でないと判断した場合に、前記燃料制御弁を故障と判定してなる空燃比制御システムとして構成されている。
【００１２】
請求項５においては、前記制御手段は、前記混合気をリーン化する制御を行う際に、点火エネルギー制限制御を作動してなる空燃比制御システムとして構成されている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
図１は本発明の実施の形態に係る空燃比制御システムの概略構成図、図２はＥＣＵ１０が行う一連の処理の一例を示したフローチャート、図３はＥＣＵ１０が行う一連の処理の一例を示したフローチャート、図４は従来の空燃比制御システムの概略構成図、図５は点火プラグ４３の点火回路の一例を示した回路図、図６はエンジン６０の回転数に関する諸量と時間との関係を示すグラフである。
【００１４】
先ず、本発明の実施の形態に係る空燃比制御システムの概略構成について図１を用いて説明する。
本発明の実施の形態に係る空燃比制御システムのハードウェアの概略構成は、既に上述した従来の空燃比制御システムと同様の構成を有しているが、再度ここで更に詳しく説明する。
先ず、エアクリーナ３０より取り入れた空気（外気）と、ガス、ガソリン等の燃料とを混合させることによって混合気を生成するミキサ２０について説明する。
ミキサ２０は、主として、ベンチュリ２３、燃料制御弁２２、固定弁２１、燃料増量弁２７、及びスロットル弁２５を具備して概略構成されるものである。
上記ベンチュリ２３は、エンジン６０の吸気によって発生する負圧を利用してエアクリーナ３０を介して空気を取り入れ、該空気と燃料との混合気を生成する。
上記ベンチュリ２３に供給される燃料は、燃料制御弁２２によってその量が調節される。
具体的には、燃料制御弁２２が具備するステッピングモータを、制御手段の一例であるＥＣＵ１０（電子制御装置）で制御することによって該燃料の量を調節している。
また、図１に示すように、ベンチュリ２３に燃料を供給する系統としては、上記燃料制御弁２２を通過する系統の他に固定弁２１を通過する系統がある。
この固定弁２１は、予め定められた量の燃料だけをベンチュリ２３に供給するためのものである。
したがって、固定弁２１の弁はＥＣＵ１０等によって制御されることなく、ミキサ２０の製造時若しくは据え付け時等のメンテナンス時に予め調整されるのみであり運用時は一定の開度で固定されるものである。
つまり、ＥＣＵ１０が燃料制御弁２２を制御することによって、ベンチュリ２３で生成される混合気中の空燃比を変化させることが可能となる。
このようにして生成された混合気は、スロットル弁２５に到達し、該スロットル弁２５の開度によってスロットル弁２５を通過する混合気の流量が変化する。
具体的には、スロットル弁２５の開度は上記ＥＣＵ１０によって制御され、スロットル弁２５の開度が開くことによって通過する混合気の流量が増加し、他方該開度が閉じることによって通過する混合気の流量が減少する。
更に、スロットル弁２５の下流側（エンジン６０側）には、燃料増量弁２７によって調節された燃料が供給される。
【００１５】
この燃料増量弁２７が設けられる目的は以下である。
一般的に、スロットル弁２５の開度が全開に近づくと、混合気の流路の断面積の変化量が鈍化するため、スロットル弁２５を通過する「混合気の流量」の増加量（変化量）が鈍化する特性がある。（即ち、混合気の流路の正味の断面積は、混合気の流路となる管の全断面積からスロットル弁２５の弁体の断面積面に対する射影像の面積を引いたものである。）
そのため、「混合気の流量」の増加量が鈍化することによって、エンジン６０へ供給する「混合気中の燃料量」も抑制される。
即ち、スロットル弁２５の開度が全閉から中程度であると、線形性（スロットル弁２５の開度と「混合気中の燃料量」とが比例する）を示すが、中程度から全開の領域では該線形性が失われて非線形特性となる。
つまり、スロットル弁２５の開度を大きくしても、エンジン出力があまり伸びなくなってしまう。
【００１６】
そこで、上記非線形特性となる領域（スロットル弁２５の開度が中程度から全開）において、混合気に燃料を補うことによって混合気中の燃料量が近似的に線形性を示すように、上記燃料増量弁２７をスロットル弁２５の下流側に設けている。
該燃料増量弁２７は、スロットル弁２５の開度が中程度から全開となるときに弁が開くように機械的に（歯車等を介して）スロットル弁２５と連動する構成となっている。
つまり、スロットル弁２５の開度が中程度になったときに、連動して燃料増量弁２７の開度が開くことによって、混合気に燃料を補うことで「混合気中の燃料量」を近似的に線形性となるように補償することが可能となる。
また、このように含有する燃料量が制御された混合気は、エンジン６０のシリンダ４０内に吸入弁４１を介して吸入され、吸入弁４１及び排気弁４２が閉じた状態でピストン４５によって圧縮されて点火プラグ４３による点火によって爆発する。そして、上記爆発後の排気は排気弁４２を介して排出される。
【００１７】
このとき、排気ガス中の空燃比を計測するのが空燃比センサ５０であり、ＥＣＵ１０はこの空燃比センサ５０の検出結果に基づいて、シリンダ４０に吸入される混合気の空燃比を算出することを可能にしている。
【００１８】
また、ＥＣＵ１０は、上記燃料制御弁２２、上記スロットル弁２５、及び上記燃料増量弁２７の開度をセンサ等を用いて検出すると共に、エンジン６０の回転数センサ４４や空燃比センサ５０の出力値も併せて取得し、これらに基づいて、上記燃料制御弁２２、上記スロットル弁２５、及び上記点火プラグ４３を制御するための制御手段の一例である。
したがって、ＥＣＵ１０は、上記各部と通信する通信機能、上記制御に関するデータやプログラムの記憶機能、該データやプログラムを実行するための展開機能及び演算機能等を具備するものである。
具体的には、上記ＥＣＵ１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等がバスで接続される構成であっても良いし、或いは、ワンチップのＬＳＩ等で上記機能を全て具備する構成であっても良い。
【００１９】
上述のように構成されている本発明の実施の形態に係る空燃比制御システムは、以下に説明する図２から図３に示す一連の処理を実行する。
この図２から図３のフローチャートに示される一連の処理を実行する実行主体の一例が上記ＥＣＵ１０である。
先ず、ＥＣＵ１０は、空燃比センサ５０が出力する検出結果を取得し、該検出結果に基づいて、混合気がリッチか否かを判断する（Ｓ１０）。
この判断は次のようにして行っても良い。
ＥＣＵ１０は、混合気の空燃比がリッチであるか否かを判断するための基準となる基準値を予め記憶しており、その基準値と取得した空燃比センサ５０の検出結果とを比較することによって上記ステップＳ１０における判断を行っても良い。
このように構成されているので、ＥＣＵ１０は、空燃比センサの検出結果に基づいて混合気の空燃比を判断することが可能となるので、混合気の空燃比を適切に制御することが容易に可能となる。
上記ステップＳ１０の判断によって、混合気の空燃比がリッチであると判断された場合は処理がステップＳ３０へ移行する、他方、混合気の空燃比がリッチでないと判断された場合は処理がステップ１０の処理を再度行う。
【００２０】
処理がステップＳ３０へ移行した場合に、ＥＣＵ１０は以下の処理を行う。
ＥＣＵ１０は、失火検知の回数、又は、エンジンの目標回転数と実際の出力回転数とから算出する偏差の移動平均値が、予め定められる各々の閾値以上であるか否かを判断する（Ｓ３０）。
即ち、このステップＳ３０においては、「上記失火検知の回数が予め定められる閾値（回数）以上になったか」、或いは、「上記偏差の移動平均値が予め定められる閾値（基準となる偏差の大きさ）以上になったか」の何れかの判断を行ってもよい。
次に、上記両者の判断手法について以下に説明する。
【００２１】
＜失火検知について＞
先ず、「失火」とは、シリンダ４０内に吸入された混合気が点火プラグ４３の点火によって爆発しないことをいい、このような失火は混合気の空燃比がリーンである場合に多発する現象である。
上記ステップＳ３０において、ＥＣＵ１０は、以下のようにして失火を検知し、その回数を認識してもよい。
勿論、エンジン６０が多気筒であれば、ＥＣＵ１０は上記シリンダ４０に限らず他のシリンダにおける失火についても検知する。
上記ステップＳ３０における失火検知に関する判断処理は、従来より知られる手法によって行う。
この手法は、簡単に説明すると、例えばエンジン６０の気筒数が３気筒ととした場合に、該３気筒のうち１つのシリンダで失火が発生した後に別のシリンダで爆発が発生するまでの期間においては、エンジン６０の回転数は瞬間的に低下する現象を検出することによって失火を検知している。
勿論、失火がない場合であっても、あるシリンダで爆発した後に次のシリンダで爆発するまでの間はエンジン６０の回転数は低下するが、この回転数の低下は上記失火による回転数の低下と比較して軽度のものであるので、両者を判別することができる。
この場合に、ＥＣＵ１０は、特に上記回転数の低下の度合いを判別するために、回転数センサ４４若しくは他の専用センサによるセンシングを、高クロックで行うことで瞬間的な回転数低下の度合いを検出して比較判断することによって、上記判別を行っている。
更に、上記ステップＳ３０の判断において失火が検知された場合は、ＥＣＵ１０は、予めＥＣＵ１０に定められる所定の時間若しくは間隔において、失火検知の回数が予めＥＣＵ１０に定められる閾値以上であるか否かを判断している。
換言すれば、ＥＣＵ１０は、所定の期間（上記所定の時間若しくは間隔）において発生した失火検知回数が所定の回数（上記閾値）発生したか否かを判断している。つまり一定期間に発生した失火検知回数を判断している。
このステップＳ３０の判断で、失火検知回数が閾値以上であると判断された場合は処理がステップＳ３５へ移行し、他方、失火検知回数が閾値以上でない（閾値以上である）と判断された場合は処理がステップＳ５０へ移行する。
【００２２】
＜目標回転数と実際の出力回転数との偏差の移動平均値について＞
先ず、上記「目標回転数」、上記「出力回転数」、及び上記「偏差の移動平均値」について図６を用いて説明する。
エンジン６０の出力の一例である回転数は、実際には図６に示すような挙動を示しており、特に図６はある短い期間におけるエンジン６０の回転数の挙動の一例を示したものである。
上記「目標回転数」は、エンジン６０が目標とする回転数のことであるので、図６に示すように一定の値で推移している。勿論、エンジン６０の負荷変動等によって該目標回転数が変更されることがあっても良い。
上記「出力回転数」は、エンジン６０が実際に出力した回転数のことで、図６中においては「実回転数」として記載している。（以下、「出力回転数」を「実回転数」と表記して説明する。）
また、上記目標回転数と上記実回転数との間の差が偏差であり、更に該偏差の移動平均値とは、ある時点から予め定められる所定の時間分だけ遡った過去までの偏差の平均値のことである。
尚、該「所定の時間」とは、予めＥＣＵ１０の動作プログラム等に規定されるものであっても良く、エンジン６０等の仕様に応じて開発段階等において予め定められるものである。
換言するならば、上記偏差の移動平均値とは、図６における領域▲１▼（目標回転数と実回転数との差の領域）の面積と言える。
以下では、該「偏差の移動平均値」を「回転数偏差積算値」と表記して説明する。
【００２３】
上記ステップＳ３０におけるエンジンの実回転数（出力回転数）に関する判断処理は以下のように行ってもよい。
ＥＣＵ１０は、先ず回転数センサ４４より実回転数を取得し、該取得した実回転数と目標回転数との偏差を算出し、更に該実回転数を取得した時点における該偏差の移動平均値である回転数偏差積算値を算出している。
ここで、ＥＣＵ１０は、該算出された回転数偏差積算値が予めＥＣＵ１０に記憶される閾値以上であるか否かを判断している。
この回転数偏差積算値は、０であることが望ましいが実際には制御系に入る外乱、負荷変動による過渡応答、経時変化等によって通常０になるケースは少ないが、制御系の応答性や安定性を向上させることによって、その大きさを抑制することは可能である。
しかしながら、空燃比制御システムにおいて何らかの異常が発生した場合は、正常時とは異なって、回転数偏差積算値は大きな値となってしまうので、上述したようにＥＣＵ１０に判断基準となる閾値を予め定めて記憶させておくことで、ＥＣＵ１０は回転数偏差積算値が該閾値以上であるか否かを判断している。
上記ステップＳ３０の判断で、回転数偏差積算値が閾値以上であると判断された場合は処理がステップＳ３５へ移行し、他方、回転数偏差積算値が閾値以上でない（閾値以上）と判断された場合は処理がステップＳ５０へ移行する。
【００２４】
このステップＳ３０においては、上述したように「上記失火検知の回数が予め定められる閾値（回数）以上になったか」、或いは、「上記偏差の移動平均値が予め定められる閾値（基準となる偏差の大きさ）以上になったか」を判断している。
この判断は、換言すれば、混合気の空燃比がリッチ（リーン）か否かについて判断していることと同じであると言える。
その理由は、一般的に、混合気の空燃比がリーンであれば、失火が多発する特性と、エンジン６０の出力の低下（即ち、実回転数が下がって偏差が大きくなる）する特性を示すからである。
【００２５】
したがって、ＥＣＵ１０は、処理がステップＳ３０→ステップＳＳ５０と移行した場合に混合気はリッチであると判断し、他方、処理がステップＳ３０→ステップＳ３５と移行した場合に混合気はリーンであると判断する。
これにより、上記ステップＳ１０において、空燃比センサ５０の経時変化や故障等によって、正確に排気ガスの酸素濃度等の空燃比を検出できなくとも、ＥＣＵ１０はステップＳ３０における失火検知や回転数偏差積算値に基づいて、混合気の空燃比を算出することが可能となる。
したがって、上記ステップＳ１０における判断でリッチと判断されたにも拘わらず、上記ステップＳ３０の判断処理で処理がステップＳ３５へ移行した場合は、ＥＣＵ１０は空燃比センサ５０の検出が正常に行われていないと判定することが可能となる（Ｓ３５）。
更に、上記ステップＳ３５にて空燃比センサ５０が故障していると判定された後に、ＥＣＵ１０は燃料制御弁２２の開度を予めＥＣＵ１０に記憶される所定の開度（即ち、ベース開度）にする（Ｓ３００）。
このベース開度とは、エンジン６０を作動させるのに必要な燃料をベンチュリ２３に供給するための開度のことであって、エンジン６０等の空燃比制御システムの製造過程において予め定められるものである。
このように空燃比センサ５０が故障などの異常事態が発生しても、上記ステップＳ３００の処理を行うことで、該空燃比センサ５０に頼ることなくエンジン６０を作動させることが可能となる。
【００２６】
次に、処理がステップＳ３０→ステップＳ５０へ移行した場合について説明する。
ＥＣＵ１０は、燃料制御弁２２の開度が完全に閉じている全閉状態か否かを判断する（Ｓ５０）。
この全閉状態とは、燃料制御弁２２の弁を閉じることによってベンチュリ２３に燃料を供給しないような状態のことである。
この判断は、ＥＣＵ１０が、燃料制御弁２２の弁を駆動するステッピングモータに対して既にＥＣＵ１０が出力した指令の履歴を参照することによって、若しくは、燃料制御弁２２に開度センサを設けた場合には該開度センサの検出結果に基づいて、行うことで可能となる。
上記ステップＳ５０の判断において、燃料制御弁２２の開度が全閉状態であると判断された場合は処理がステップＳ２００へ移行し、他方、燃料制御弁２２の開度が全閉状態でないと判断された場合は処理がステップＳ１００へ移行する。
【００２７】
＜ステップＳ５０→ステップＳ２００の場合＞
既に、ステップＳ５０の判断が行われている段階においては、ＥＣＵ１０は混合気の空燃比はリッチであると判断しており、この判断を得ている状態で更にステップＳ５０の判断にて燃料制御弁２２が全閉であると判断されると、「燃料制御弁２２が全閉であるにも拘わらず混合気の空燃比がリッチである」という矛盾した結果になる。
この場合に、上記ステップＳ３０の判断結果（混合気の空燃比がリッチ）は、回転数センサ４４等の比較的信頼性の高いセンサを用いた結果に基づくものであり、また、もし回転数センサ４４が故障していると点火系も異常となるので必然的にエンジンの運転続行はできないので、ＥＣＵ１０は上記ステップＳ３０の判断結果である「混合気の空燃比がリッチである」と判定した結果を正しいとして認識する。
これにより、ＥＣＵ１０は、上記ステップＳ５０における「燃料制御弁２２が全閉である」という判断結果に誤りがあると認識する。
更に、ＥＣＵ１０は、該誤りの原因は燃料制御弁２２の故障、ＥＣＵ１０と燃料制御弁２２との間を結ぶ制御線の断線、若しくは、その他燃料制御弁２２における異常の発生等の諸原因によって、現状、燃料制御弁２２が燃料の量を制御し得る状況にないと認識して、空燃比制御システム全体の制御を終了してエンジン６０を停止させる（Ｓ２００）。
このように上記ステップＳ２００の処理が行われることによって、混合気の空燃比を制御する主要部の１つである燃料制御弁２２の故障等の異常を検出することが可能となると共に、自動的に空燃比制御システムの運転を停止させることが可能となる。
【００２８】
＜ステップＳ５０→ステップＳ１００の場合＞
上記ステップＳ５０において、燃料制御弁２２が全閉ではないと判断された場合であっても、実際には混合気の空燃比はリッチ状態であるので、ＥＣＵ１０は燃料制御弁２２の開度を閉じることによってベンチュリ２３に供給する燃料を抑制必要があると認識する。
そこで、ＥＣＵ１０は、燃料制御弁２２の開度を予めＥＣＵ１０に記憶される所定量分だけ閉じる操作を行う（Ｓ１００）。
該所定量の大きさは、例えば、燃料制御弁２２の弁を作動させる際の駆動源となるステッピングモータの動作分解能の最小値であっても良いし、或いは、エンジン６０等の空燃比制御システムの製造過程において予め定められるものであっても良い。
このように混合気の空燃比がリッチである場合に、ＥＣＵ１０が燃料制御弁２２の開度を所定量分だけ閉じる動作を行うことでリッチな混合気をリーンにすることが可能となり、しかも上記ステップＳ１０→上記ステップＳ３０→上記ステップＳ５０→上記ステップＳ１００の処理を繰り返すことによって、混合気の空燃比を徐々に正常にすることが可能となる。
【００２９】
また、上記ステップＳ１００、上記ステップＳ２００、上記ステップＳ３００の処理が終了すると、処理は再度ステップＳ１０へ移行する。
【００３０】
次に、ＥＣＵ１０が行う図２に示した一連の処理に、点火エネルギー制限制御に係る判断や処理を加えることで、点火プラグ４３等の点火系の異常を検出することが可能となる。
この場合に、ＥＣＵ１０が行う一連の処理を示したフローチャートは図３に示すようになる。
尚、以下の説明及び図３に示す処理において、既に図２にて説明した手順番号（ステップＳ〜）と同じ手順番号を付した処理については、両者とも同じ処理とするので、該手順番号の処理に関する詳しい説明は省略する。
先ず、上記ステップＳ１０の判断によって、混合気の空燃比がリッチであると判断された場合に、ＥＣＵ１０は点火プラグ４３の点火エネルギー制限制御を現在行っているか否かの判断を行っても良い（Ｓ２０）。
【００３１】
＜点火エネルギー制限制御＞
ここで、上記点火エネルギー制限制御とは、点火プラグ４３のギャップ電極で発生させる電気的火花（以下、「アーク」と称する）を制御することである。
点火プラグ４３の点火エネルギー制限制御を行う回路の一例について図５を用いて説明する。
図５（ａ）に示すように、点火プラグ４３の一次側には高電圧を発生するための昇圧用コイル８４の２次側が接続されてなり、該昇圧用コイル８４の一次側にはスイッチング用のトランジスタ８２のコレクタが接続されている。
更に、トランジスタ８２のベースにはＥＣＵ１０、エミッタには電源８５が各々接続される構成となっている。
更に、トランジスタ８２のコレクタと昇圧用コイル８４の一次側との間には、停止回路８３を設けている。
この停止回路８３は、とトランジスタ８２のスイッチングによって昇圧用コイル８４において自己誘導で発生する電圧を吸収するものであって、ＥＣＵ１０の指令等によって制御されることによって作動するものである。
具体的には、この停止回路８３は、内部に放電用の抵抗器、キャパシタ、及びトランジスタ等を具備し、ＥＣＵ１０の指令に応じて該内部のトランジスタがＯＮすることで、昇圧用コイル８４に蓄積された電気的エネルギーを消費するものである。
上記図５（ａ）に示すように回路を構成することによって、例えば、電源８５が、点火プラグ４３のギャップ電極でアークを発生させる程度の電圧を発生できなくとも、ＥＣＵ１０がトランジスタ８２のスイッチング制御を行うことによって容易に昇圧用コイル８４の自己誘導によって高電圧を発生させることが可能となる。
したがって、昇圧用コイル８４の自己誘導にて高電圧が発生することによって、点火プラグ４３のギャップ電極にてアークを発生させることが可能となる。
【００３２】
上記点火エネルギー制限制御を実行させた場合に、昇圧用コイル８４で発生する電圧の時間的推移について図５（ｂ）を用いて説明する。
先ず、時刻Ｔ０において、ＥＣＵ１０がトランジスタ８２のスイッチング動作を開始することによって、電圧が徐々に上昇してある一定の値で時刻Ｔ１まで推移する。
そして、時刻Ｔ１に達した時に、ＥＣＵ１０がトランジスタ８２のスイッチング動作を止めることによって昇圧用コイル８４に対する電力供給が絶たれる。
続いて、時刻Ｔ１直後に昇圧用コイル８４の自己誘導によって、該昇圧用コイル８４に高電圧が発生する。
即ち、時刻Ｔ１が混合気の点火タイミングであり、この時刻Ｔ０〜Ｔ１間の時間はエンジン６０の回転数等によって変化する。
そのため、点火プラグ４３のギャップ電極に該高電圧が印加されるので、ギャップ電極の絶縁破壊が発生してアークが発生する。
更に、該アークの発生によって上記高電圧は急速に減衰するが、絶縁破壊を起こしてアークが発生した空間にはイオンやプラズマ等の伝導性物質が多量にあるため、暫くアークの続流が発生している。（即ち、図５（ｂ）に示す時刻Ｔ１〜Ｔ２における続流部分）
このような続流は、混合気の爆発を確実に起こすために必要なものであるが、逆に必要以上に長いとギャップ電極の摩耗や劣化が早まるので、混合気の爆発に必要ない続流を遮断する必要がある。
そこで、ＥＣＵ１０は、時刻Ｔ２にて上記停止回路８３を作動させることによって、昇圧用コイル８４に発生している電気的エネルギーを吸収して上記続流を遮断している。
この続流を遮断した時刻Ｔ２以後に昇圧用コイル８４に発生する電圧が「制限制御ＯＮ」の実線で示されるものであり、他方、時刻Ｔ２で続流を遮断しない場合に昇圧用コイル８４に発生する電圧は「制限制御ＯＦＦ」の点線で示すようになる。
【００３３】
このように点火プラグ４３の点火回路が構成されているので、ＥＣＵ１０は、上記停止回路８３が作動しているか否かを判断することによって、上記ステップＳ２０における点火エネルギー制限制御が行われているか否かを判断しても良い。
この停止回路８３の動作の有無の判断は、該停止回路８３をＥＣＵ１０自体が直接制御しているので、ＥＣＵ１０自体のＲＯＭ等の記憶領域に一時記憶される停止回路８３の作動状態を示すフラグを判別することによって容易に行うことが可能となる。
上記ステップＳ２０の判断において、点火エネルギー制限制御が行われていると判断された場合に、ＥＣＵ１０は停止回路８３の動作を停止させることによって点火エネルギー制限制御をＯＦＦにする（Ｓ２５）。
上記ステップＳ２５の処理においては、ＥＣＵ１０は点火プラグ４３の点火エネルギー制限制御を停止させて、点火系に関する制御を一旦デフォルトの制御状態にする。
この場合、例えば、仮に空燃比センサ５０の故障ために、実際はリーンであるはずの混合気が上記ステップＳ１０の判断によって誤ってリッチと判断されても、点火プラグ４３のギャップ電極に続流を可能な限り流すことが可能となるので、混合気がリーンであっても該混合気を爆発させる確率を高めることが可能となるので失火を防止することが可能となる。
【００３４】
他方、上記ステップＳ２０の判断において、点火エネルギー制限制御が行われていないと判断された場合に処理はステップＳ３０へ移行する。
更に、上記ステップＳ３０において、ＥＣＵ１０は、失火検知の回数又は回転数偏差積算値が予め定められる各々の閾値以上であるか否かを判断し、該判断で閾値以上でないと判断した場合には、処理がステップＳ４０へ移行する。
ここで、処理がステップＳ４０へ移行する場合に、既にＥＣＵ１０は混合気の空燃比はリッチであると認識しており、不用に点火プラグ４３を点火させる必要はないので、ＥＣＵ１０は停止回路８３を作動させることによって点火エネルギー制限制御を行う（Ｓ４０）。
これによって、実際に混合気がリッチであっても不要に点火プラグ４３を点火させることなく、効率よく混合気を爆発させることが可能となると共に、点火プラグ４３を長寿命化することが可能となる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成したので、以下に示すような効果を奏する。
【００３６】
即ち、請求項１においては、空気と燃料との混合気を生成するベンチュリに供給する燃料の量を制御する燃料制御弁と、
上記混合気の量を制御するスロットル弁と、
上記スロットル弁を通過した混合気に燃料を供給するための燃料増量弁と、
上記燃料制御弁、上記スロットル弁、及び上記燃料増量弁を制御する制御手段と、
を具備する空燃比制御システムにおいて、
排気ガスの成分を検出するための空燃比センサを具備し、
上記制御手段は、上記空燃比センサの検出結果に基づいて、上記燃料制御弁、上記スロットル弁、及び上記燃料増量弁を制御することを特徴とする空燃比制御システムとして構成されている。
このように構成されているので、制御手段は空燃比センサの検出結果に基づいて混合気の空燃比を判断することが可能となるので、混合気の空燃比を適切に制御することが容易に可能となる。
【００３７】
請求項２においては、前記制御手段は、前記空燃比センサの検出結果に基づいて前記混合気がリッチであると判定した後に、失火検知の回数又はエンジンの目標回転数と実際の出力回転数とから算出する偏差の移動平均値が、予め定められる閾値以上であると判断した場合に、該混合気はリーンであると判定してなる空燃比制御システムとして構成している。
これにより、空燃比センサが経時変化や故障等によって正確に排気ガスの酸素濃度等の空燃比を検出できなくとも、失火検知や回転数偏差積算値に基づいて、混合気の空燃比を算出することが可能となる。
【００３８】
請求項３においては、前記制御手段は、前記空燃比センサを異常と判断した場合に、前記燃料制御弁の開度を所定の開度で固定してなる空燃比制御システムとして構成されている。
空燃比センサにおいて故障等の異常事態が発生しても、燃料制御弁の開度を所定の開度で固定する処理を行うことで、エンジンに必要な最低限の燃料を供給することが可能となるので、該空燃比センサに頼ることなくエンジンを作動を維持することが可能となる。
【００３９】
請求項４においては、前記制御手段は、前記燃料制御弁を全閉にする制御を実行した後に、前記空燃比センサの出力がリーン状態とならず、且つ、失火検知の回数又はエンジンの目標回転数と実際の出力回転数とから算出する偏差の移動平均値が、予め定められる閾値以上でないと判断した場合に、前記燃料制御弁を故障と判定してなる空燃比制御システムとして構成されている。
制御手段が上述のような制御を行うことによって、混合気の空燃比を制御する主要部の１つである燃料制御弁の故障等の異常を検出することが可能となると共に、自動的に空燃比制御システムの運転を停止させることが可能となる。
【００４０】
請求項５においては、前記制御手段は、前記混合気をリーン化する制御を行う際に、点火エネルギー制限制御を作動してなる空燃比制御システムとして構成されている。
制御手段が上述のような制御を行うことによって、実際に混合気がリッチであっても不要に点火プラグを点火させることなく効率よく混合気を爆発させることが可能となると共に、点火プラグを長寿命化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る空燃比制御システムの概略構成図。
【図２】ＥＣＵ１０が行う一連の処理の一例を示したフローチャート。
【図３】ＥＣＵ１０が行う一連の処理の一例を示したフローチャート。
【図４】従来の空燃比制御システムの概略構成図。
【図５】点火プラグ４３の点火回路の一例を示した回路図。
【図６】エンジン６０の回転数に関する諸量と時間との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
１０  ＥＣＵ
２０  ミキサ
２２  燃料制御弁２２
２３  ベンチュリ
２５  スロットル弁
２７  燃料増量弁
３０  エアクリーナ
４０  シリンダ
４１  吸入弁
４２  排気弁
４３  点火プラグ
４４  回転数センサ
５０  空燃比センサ
６０  エンジン
【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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