(57)【要約】【課題】始動後にリーン空燃比でアイドル運転を実施した場合においても、安定したアイドル回転数を維持し得る、内燃機関のアイドル運転制御装置を提供する。【解決手段】この装置は、始動後のファストアイドル運転中にリーン空燃比フィードバック制御を一定期間実施する内燃機関にあって、機関暖機後のアイドル運転中の吸入空気量を学習して空気量学習値ＱＧとして記憶するとともに、リーン空燃比フィードバック制御の実施中には、その空気量学習値を、現在の目標空燃比と点火時期遅角量とに基づく補正項ＱＬＥＡＮによって補正することにより、アイドル運転時の目標吸入空気量ＱＣＡＬを算出する。【選択図】　　　図３
2004084536.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
始動後のファストアイドル運転中にリーン空燃比フィードバック制御を一定期間実施する内燃機関におけるアイドル運転制御装置であって、
機関暖機後のアイドル運転中の吸入空気量を学習して空気量学習値として記憶する学習手段と、
前記リーン空燃比フィードバック制御の実施中には、前記空気量学習値を、現在の目標空燃比と点火時期遅角量とに基づく補正項によって補正することにより、目標吸入空気量を算出する算出手段と、
を具備する、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、始動後のファストアイドル運転中にリーン空燃比フィードバック制御を一定期間実施す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】
内燃機関の始動直後においては、不完全燃焼成分であるＨＣ（炭化水素）が排出されやすいため、その対策として空燃比を理論空燃比よりもリーン側に設定して始動後のアイドル運転を実施する内燃機関が知られている。
【０００３】
例えば、特開平９−３０３１８１号公報には、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、その制御の実施中には、アイドル運転時の目標吸入空気量を補正することで、内燃機関の低温での始動後リーンバーン制御における機関回転数の安定化を図るアイドル運転制御装置が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、始動後にリーン空燃比でアイドル運転を実施するときには、通常、目標回転数と実際の機関回転数との差に応じて吸入空気量を調節することにより機関回転数を目標回転数に維持するフィードバック制御が行われるため、回転数の落ち込みは生じないはずである。
【０００５】
しかし、吸気管の容量等の関係から、かかるフィードバック制御の応答性が十分でないため、機関回転数が安定しないという問題が発生している。
【０００６】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、始動後にリーン空燃比でアイドル運転を実施した場合においても、安定したアイドル回転数を維持し得る、内燃機関のアイドル運転制御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、始動後のファストアイドル運転中にリーン空燃比フィードバック制御を一定期間実施する内燃機関におけるアイドル運転制御装置であって、機関暖機後のアイドル運転中の吸入空気量を学習して空気量学習値として記憶する学習手段と、前記リーン空燃比フィードバック制御の実施中には、前記空気量学習値を、現在の目標空燃比と点火時期遅角量とに基づく補正項によって補正することにより、目標吸入空気量を算出する算出手段と、を具備する、内燃機関のアイドル運転制御装置が提供される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【０００９】
図１は、本発明の一実施形態に係るアイドル運転制御装置を備えた電子制御式内燃機関の全体概要図である。内燃機関１は、車両搭載用の直列４気筒４ストロークサイクルレシプロガソリン機関である。機関１は、シリンダブロック２及びシリンダヘッド３を備えている。シリンダブロック２には、上下方向へ延びる４個のシリンダ４が紙面の厚み方向へ並設され、各シリンダ４内には、ピストン５が往復動可能に収容されている。各ピストン５は、コネクティングロッド６を介し共通のクランクシャフト７に連結されている。各ピストン５の往復運動は、コネクティングロッド６を介してクランクシャフト７の回転運動に変換される。
【００１０】
シリンダブロック２とシリンダヘッド３との間において、各ピストン５の上側は燃焼室８となっている。シリンダヘッド３には、その両外側面と各燃焼室８とを連通させる吸気ポート９及び排気ポート１０がそれぞれ設けられている。これらのポート９及び１０を開閉するために、シリンダヘッド３には吸気バルブ１１及び排気バルブ１２がそれぞれ略上下方向への往復動可能に支持されている。また、シリンダヘッド３において、バルブ１１及び１２の上方には、それぞれ吸気側カムシャフト１３及び排気側カムシャフト１４が回転可能に設けられている。カムシャフト１３及び１４には、バルブ１１及び１２を駆動するためのカム１５及び１６がそれぞれ取付けられている。カムシャフト１３及び１４の端部にそれぞれ設けられたタイミングプーリ１７及び１８は、クランクシャフト７の端部に設けられたタイミングプーリ１９へタイミングベルト２０により連結されている。
【００１１】
吸気ポート９には、エアクリーナ３１、スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４等を備えた吸気通路３０が接続されている。機関１外部の空気（外気）は、燃焼室８へ向けて吸気通路３０の各部３１，３２，３３及び３４を順に通過する。スロットルバルブ３２は、軸３２ａにより吸気通路３０に回動可能に設けられている。軸３２ａは、ワイヤ等を介して運転席のアクセルペダル（図示しない）に連結されており、運転者によるアクセルペダルの踏み込み操作に連動してスロットルバルブ３２と一体で回動する。この際のスロットルバルブ３２の傾斜角度に応じて、吸気通路３０を流れる空気の量が決定される。また、スロットルバルブ３２をバイパスするアイドルアジャスト通路３５には、アイドル時の空気流量を調節するためのアイドル回転数制御弁（ＩＳＣＶ）３６が設けられている。吸気マニホルド３４には、各吸気ポート９へ向けて燃料を噴射するインジェクタ４０が取付けられている。燃料は、燃料タンク４１に貯蔵されており、そこから燃料ポンプ４２によりくみ上げられ、燃料配管４３を経てインジェクタ４０に供給される。そして、インジェクタ４０から噴射される燃料と吸気通路３０内を流れる空気とからなる混合気は、吸気バルブ１１を介して燃焼室８へ導入される。
【００１２】
この混合気に着火するために、シリンダヘッド３には点火プラグ５０が取付けられている。点火時には、点火信号を受けたイグナイタ５１が、点火コイル５２の１次電流の通電及び遮断を制御し、その２次電流が、点火ディストリビュータ５３を介して点火プラグ５０に供給される。
【００１３】
燃焼した混合気は、排気ガスとして排気バルブ１２を介して排気ポート１０に導かれる。排気ポート１０には、排気マニホルド６１、触媒コンバータ６２等を備えた排気通路６０が接続されている。触媒コンバータ６２には、不完全燃焼成分であるＨＣ（炭化水素）及びＣＯ（一酸化炭素）の酸化と、空気中の窒素と燃え残りの酸素とが反応して生成されるＮＯｘ（窒素酸化物）の還元とを同時に促進する三元触媒が収容されている。こうして触媒コンバータ６２において浄化された排気ガスが大気中に排出される。
【００１４】
機関１には各種のセンサが取付けられている。シリンダブロック２には、機関１の冷却水の温度を検出するための水温センサ７４が取付けられている。吸気通路３０には、吸入空気流量を検出するためのエアフローメータ７０が取付けられている。吸気通路３０においてエアクリーナ３１の近傍には、吸入空気の温度を検出するための吸気温センサ７３が取付けられている。吸気通路３０において、スロットルバルブ３２の近傍には、その軸の回動角度（スロットル開度）を検出するためのスロットル開度センサ７２が設けられている。また、スロットルバルブ３２が全閉状態のときには、アイドルスイッチ８２がオンとなり、その出力であるスロットル全閉信号がアクティブとなる。排気通路６０の触媒コンバータ６２より上流側の部分には、排気ガスの空燃比にほぼ比例する出力特性を有するＡ／Ｆセンサ７５が取付けられている。
【００１５】
ディストリビュータ５３には、クランクシャフト７の回転に同期して回転する２個のロータが内蔵されており、クランクシャフト７の基準位置を検出するために一方のロータの回転に基づいてクランク角（ＣＡ）に換算して７２０°ＣＡごとに基準位置検出用パルスを発生させるクランク基準位置センサ８０が設けられ、また、クランクシャフト７の回転数を検出するために他方のロータの回転に基づいて３０°ＣＡごとに回転数検出用パルスを発生させるクランク角センサ８１が設けられている。なお、車両には、トランスミッション出力軸の回転数すなわち車速に比例した数の出力パルスを単位時間当たりに発生する車速センサ８３が取付けられている。
【００１６】
機関電子制御装置（エンジンＥＣＵ）９０は、燃料噴射制御、点火時期制御、アイドル回転数制御等を実行するマイクロコンピュータシステムである。アイドル回転数制御は、アイドルスイッチ８２からのスロットル全閉信号及び車速センサ８３からの車速信号によってアイドル状態を検出するとともに、水温センサ７４からの機関冷却水温度等によって決められる目標回転数と実際の機関回転数とを比較し、その差に応じて目標回転数となるように制御量を決定し、ＩＳＣＶ３６を制御して空気量を調節することにより、最適なアイドル回転数を維持するものである。
【００１７】
このアイドル回転数制御においては、上述のフィードバック制御とともに、アイドル回転数を一定値に維持するのを容易にするため、学習制御が行われている。すなわち、機関暖機後のアイドル中に回転数を所定値に維持するのに必要な空気量であるホットアイドル時空気量学習値ＱＧが、フィードバック制御の過程において学習され更新されている。
【００１８】
従来、アイドル運転時の目標吸入空気量ＱＣＡＬは、例えば、
ＱＣＡＬ←ＱＧ＋ＱＳＴＡ＋ＱＴＨＷ＋ＱＩ＋その他の補正項
によって算出されていた。ここで、ＱＧは前述したホットアイドル時空気量学習値、ＱＳＴＡは冷却水温ＴＨＷによって定まる始動時空気量補正項、ＱＴＨＷは水温ＴＨＷによる補正項、ＱＩは目標回転数によるフィードバック補正項である。
【００１９】
図２は、ファストアイドル運転時における空燃比（Ａ／Ｆ）、機関回転数等の挙動を示すタイムチャートである。この図に示されるように、スタータによる始動後、Ａ／Ｆセンサ７５が半活性状態になった時点で、目標空燃比を１５．５とするリーン空燃比への空燃比フィードバック（Ｆ／Ｂ）が開始される。これは、ファストアイドル運転時における空燃比の安定化及び触媒浄化率の向上のためである。
【００２０】
このリーン空燃比への空燃比フィードバックは、Ａ／Ｆセンサ７５が本活性状態になり、触媒の暖機が完了するまで継続される。なお、Ａ／Ｆセンサ７５の半活性状態又は本活性状態の検出は、Ａ／Ｆセンサ７５の素子抵抗を検出することにより行われる。また、触媒の暖機完了の検出は、積算吸入空気量を算出することにより行われる。
【００２１】
上述のようなリーン空燃比による運転が行われても、同時に、目標回転数と実際の機関回転数との差に応じて吸入空気量を調節することにより機関回転数を目標回転数に維持するフィードバック制御が行われ、その結果、前述した補正項ＱＩが求められ、アイドル運転時の目標吸入空気量ＱＣＡＬに反映されているため、回転数の落ち込みは生じないはずである。
【００２２】
しかし、吸気管の容積が大きいこと等に起因して、吸気量調節による回転数フィードバックの応答性が悪いため、図２に示されるように、リーン空燃比への空燃比フィードバック制御中、機関回転数が落ち込むという現象が発生する。また、ハンチングが発生してファストアイドル回転数が不安定になるという現象も見られる。
【００２３】
一方、ファストアイドル運転時におけるエミッションの低減及び触媒の暖機性向上には、点火時期の遅角が有効であるが、このような点火時期遅角状態でファストアイドル運転時の空燃比を１５．５に設定した場合には、機関トルクが低下し、回転数が低下して不安定となる。目標回転数と実際の機関回転数との差に応じて点火時期を調節することにより機関回転数を目標回転数に維持するフィードバック制御が行われた場合には、応答性の面での問題はなくなるが、エミッションばらつきの原因となるおそれがある。
【００２４】
そこで、本発明は、ファストアイドル運転中にリーン空燃比への空燃比フィードバックが実施されているときには、吸気量調節による回転数フィードバック制御とは別に、図２に示されるように、その目標リーン空燃比に応じて目標吸入空気量を増量するための新たな補正項ＱＬＥＡＮを導入しようというものである。ただし、そのときの点火時期遅角量により空気量補正の感度が異なってくる。そこで、この新たな補正項ＱＬＥＡＮは、目標リーン空燃比が大きいほど、また、点火時期遅角量が大きいほど、大きく設定されるものとする。
【００２５】
図３は、始動後アイドル運転時の目標吸入空気量を算出するルーチンの処理手順を示すフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ９０によって一定時間周期で実行される。まず、ステップ１０２では、機関始動中か否かが判定され、始動中であれば本ルーチンが終了せしめられる一方、始動中でなければ即ち始動後であればステップ１０４に進む。
【００２６】
ステップ１０４では、アイドル運転中か否かが判定され、アイドル運転中でなければ本ルーチンが終了せしめられる一方、アイドル運転中であればステップ１０６に進む。ステップ１０６では、現在、リーン空燃比への空燃比フィードバック制御の実行中であるか否かが判定され、その制御の実行中でなければステップ１０８に進む一方、その制御の実行中であればステップ１１０に進む。
【００２７】
ステップ１０８では、従来どおり、目標吸入空気量ＱＣＡＬが、
ＱＣＡＬ←ＱＧ＋ＱＳＴＡ＋ＱＴＨＷ＋ＱＩ
なる式に基づいて算出される。なお、前述のように、ＱＧはホットアイドル時空気量学習値、ＱＳＴＡは冷却水温ＴＨＷによって定まる始動時空気量補正項、ＱＴＨＷは水温ＴＨＷによる補正項、ＱＩは目標回転数によるフィードバック補正項である。
【００２８】
一方、ステップ１１０では、図４に示される如きマップを参照することにより、現在の目標空燃比と点火時期遅角量とに応じた新たな補正量ＱＬＥＡＮが補間演算により算出される。なお、図４のマップによれば、目標空燃比（理論空燃比よりもリーン側の値）が大きいほど、また、点火時期遅角量が大きいほど、補正量ＱＬＥＡＮは大きな値をとる。
【００２９】
ステップ１１０に次いで実行されるステップ１１２では、目標吸入空気量ＱＣＡＬが、新規な算出式、
ＱＣＡＬ←ＱＧ＋ＱＳＴＡ＋ＱＴＨＷ＋ＱＩ＋ＱＬＥＡＮ
に基づいて算出される。そして、ステップ１０８又は１１２によって算出された目標吸入空気量ＱＣＡＬが得られるように、ＩＳＣＶ３６が制御される。
【００３０】
低エミッション化になればなるほど、始動からファストアイドルでの空燃比安定化が要求されるところ、上述の新規な補正項ＱＬＥＡＮの導入により、従来に比して精密なファストアイドル時目標吸入空気量が設定可能となるため、ファストアイドル運転の安定性が向上し、結果的にエミッション排出量のばらつきが低減されることとなる。また、ファストアイドル回転数の落ち込みがなくなるため、機関暖機過程における不安定感が解消される。
【００３１】
以上、本発明の実施形態について述べてきたが、もちろん本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本実施形態は、スロットルバルブをバイパスするアイドルアジャスト通路にアイドル回転数制御弁（ＩＳＣＶ）を設けてアイドル時の空気流量を調節する内燃機関に本発明を適用したものであるが、いうまでもなく、本発明は、スロットルモータによって駆動せしめられるいわゆる電子スロットルでアイドル時の吸入空気量を調節する内燃機関にも適用可能である。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、始動後にリーン空燃比でアイドル運転を実施した場合においても、安定したアイドル回転数を維持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るアイドル運転制御装置を備えた電子制御式内燃機関の全体概要図である。
【図２】ファストアイドル運転時における空燃比（Ａ／Ｆ）、機関回転数等の挙動を示すタイムチャートである。
【図３】始動後アイドル運転時の目標吸入空気量を算出するルーチンの処理手順を示すフローチャートである。
【図４】目標空燃比と点火時期遅角量とに応じた空気量補正量ＱＬＥＡＮを定めたマップを示す図である。
【符号の説明】
１…直列４気筒４ストロークサイクルレシプロガソリン機関
２…シリンダブロック
３…シリンダヘッド
４…シリンダ
５…ピストン
６…コネクティングロッド
７…クランクシャフト
８…燃焼室
９…吸気ポート
１０…排気ポート
１１…吸気バルブ
１２…排気バルブ
１３…吸気側カムシャフト
１４…排気側カムシャフト
１５…吸気側カム
１６…排気側カム
１７，１８，１９…タイミングプーリ
２０…タイミングベルト
３０…吸気通路
３１…エアクリーナ
３２…スロットルバルブ
３２ａ…スロットルバルブの軸
３３…サージタンク
３４…吸気マニホルド
３５…アイドルアジャスト通路
３６…アイドル回転数制御弁（ＩＳＣＶ）
４０…インジェクタ
４１…燃料タンク
４２…燃料ポンプ
４３…燃料配管
５０…点火プラグ
５１…イグナイタ
５２…点火コイル
５３…点火ディストリビュータ
６０…排気通路
６１…排気マニホルド
６２…触媒コンバータ
７０…エアフローメータ
７２…スロットル開度センサ
７３…吸気温センサ
７４…水温センサ
７５…Ａ／Ｆセンサ
８０…クランク基準位置センサ
８１…クランク角センサ
８２…アイドルスイッチ
８３…車速センサ
９０…機関ＥＣＵ
【図１】
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【図２】
2004084536.tif 000004
【図３】
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【図４】
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