(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の走行条件に応じて一時的に内燃機関の運転を停止させる運転制御装置と、空燃比センサからの信号に基づいて目標空燃比が得られるように燃料供給量をフィードバック制御する空燃比制御装置とを備え、前記運転制御装置は、前記一時的な停止状態からの内燃機関の再始動時に、モータリングによって冷間始動時よりも高いクランキング回転速度で再始動を行って完爆させるように構成されている内燃機関の制御装置において、
内燃機関の前記再始動後に、前記空燃比センサからの出力が、燃焼性又は始動性が悪化することのない空燃比フィードバック制御を開始しても差し支えない所定の空燃比範囲であるか否かを判定する空燃比範囲判定手段を設け、
前記再始動後は、実際の空燃比が前記所定の空燃比範囲よりも小さい空燃比まで変化するとともに、前記空燃比センサからの出力が前記所定の空燃比範囲内であることを条件として空燃比フィードバック制御を開始するように前記空燃比制御装置を構成したことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記空燃比範囲判定手段は、前記所定の空燃比範囲である状態が所定時間以上継続したときに、排気空燃比が当該空燃比範囲内にあると判定するように構成されている請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記空燃比制御装置は、再始動から所定時間経過後は前記空燃比センサ範囲の判定結果にかかわらず空燃比フィードバック制御を開始するように構成されている請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記内燃機関は、燃料タンクからの蒸発燃料をキャニスタに導いて一時的に吸着させ、該キャニスタに吸着された蒸発燃料を新気と共に内燃機関の吸気通路に吸入させる蒸発燃料処理装置を備え、
前記蒸発燃料処理装置は、前記再始動後の空燃比フィードバック制御の開始以後にパージを実施するように構成されている請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記空燃比フィードバック制御の許可条件として、空燃比センサが活性状態にあること、内燃機関の冷却水温が所定の基準値以上であることを検出するように構成されている請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の空燃比制御装置に関し、より詳しくは走行中に内燃機関を一時的に停止させる運転条件を有する車両に適した空燃比制御装置の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両用の内燃機関では、排気空燃比センサからの信号に基づいて目標空燃比が得られるように燃料供給量をフィードバック制御する空燃比制御装置を備えたものが一般的である。このような内燃機関を、ハイブリッド車両やアイドルストップ車両など、走行中に内燃機関を一時的に停止させる運転条件を有する車両に搭載した場合の問題点として、内燃機関を停止している間に空燃比センサの活性が低下して再始動時に速やかに空燃比制御を開始できないという不都合が指摘される。
【０００３】
この対策として、特許文献１には、機関停止中にも空燃比センサのヒータを運転中と同様に作動させることで再始動後に早期に空燃比制御を開始できるようにしたものが開示されている。また、特許文献２に開示されたものでは、内燃機関の停止中は空燃比センサのヒータ電流を運転中よりも低めに設定して消費電流を抑えつつ、再始動後に早期に空燃比制御を開始できるようにしている。
【特許文献１】特開平９−８８６８８号公報
【特許文献２】特開２００３−１４８２０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ハイブリッド車両では、内燃機関のアイドリング条件時または車両停止時に限らず、車両が走行している条件下でも内燃機関を停止する運転モードがあり、このような運転モードでは、駆動力を発生している電動機との間での動力の断続を円滑に行わせるために、再始動時により速やかに動力を発生させる必要があり、このためモータリングという操作により冷間始動時よりも高速回転で再始動を行って完爆させるようにしている。
【０００５】
しかしながら、このようなモータリング時にかかわらず早期に空燃比フィードバック制御が開始されてしまうと、モータリング時には完爆までに多くの燃料を供給する必要があるので、フィードバック制御によってかえって燃焼や始動性が悪化することがある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、車両の走行条件に応じて一時的に内燃機関の運転を停止させる運転制御装置と、排気空燃比センサからの信号に基づいて目標空燃比が得られるように燃料供給量をフィードバック制御する空燃比制御装置とを備え、前記運転制御装置は、前記一時的な停止状態からの内燃機関の再始動時に、モータリングによって冷間始動時よりも高いクランキング回転速度で再始動を行って完爆させるように構成されている内燃機関の制御装置である。
【０００７】
本発明では、内燃機関の前記再始動後に、前記空燃比センサからの出力が、燃焼性又は始動性が悪化することのない空燃比フィードバック制御を開始しても差し支えない所定の空燃比範囲であるか否かを判定する空燃比範囲判定手段を設け、前記再始動後は、実際の空燃比が前記所定の空燃比範囲よりも小さい空燃比まで変化するとともに、前記空燃比センサからの出力が前記所定の空燃比範囲内であることを条件として空燃比フィードバック制御を開始するように前記空燃比制御装置を構成した。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、制御目標値外の、通常はより小さな空燃比が適用されるモータリング状態下にあっても、実際の空燃比が所定の許容範囲内すなわち空燃比フィードバック制御を開始しても差し支えない範囲内に入るまでは空燃比フィードバック制御が開始されないので、モータリングの間に空燃比フィードバック制御がなされて燃焼性や始動性が悪化するおそれがなく、かつ再始動後は可能な限り早期に空燃比フィードバック制御を開始できるので、ハイブリッド車両など内燃機関を一時的に停止する運転モードを有する車両において、その始動性や燃費、排気組成を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態を示す機関システム図である。
【００１０】
内燃機関１の吸気通路２にはその途中にスロットル弁３が介装されている。燃料供給は、各気筒毎に設けた燃料噴射弁４によりなされる。
【００１１】
蒸発燃料処理装置としては、燃料タンク５にて発生する蒸発燃料を蒸発燃料導入通路６により導いて一時的に吸着するキャニスタ７が設けられている。キャニスタ７は、容器内に活性炭などの吸着材８を充填したものである。
【００１２】
キャニスタ７には、新気導入口（大気開放口）９が形成されると共に、パージ通路１０が導出されている。パージ通路１０は、パージバルブ１１を介して、スロットル弁３下流の吸気通路２に接続されている。パージバルブ１１は、エンジンコントロールユニット（以下ＥＣＵという）２０から出力される信号により開弁する。１２は排気通路、１３はその途中に介装された触媒コンバータ、１４は触媒コンバータ１３の上流側に位置し排気空燃比を検出する空燃比センサである。
【００１３】
内燃機関１の停止中などに燃料タンク５にて発生した蒸発燃料は、蒸発燃料導入通路６によりキャニスタ７に導かれて、ここに吸着される。そして、内燃機関１が始動されて、所定のパージ許可条件が成立すると、パージバルブ１１が開き、内燃機関１の吸入負圧がキャニスタ７に作用する結果、新気導入口９から導入される新気によってキャニスタ７に吸着されていた蒸発燃料が脱離され、この脱離した蒸発燃料を含むパージガスがパージ通路１０を通って吸気マニホールド４内に吸入され、この後、内燃機関１の燃焼室内で燃焼処理される。
【００１４】
ＥＣＵ２０は、ＣＰＵおよびその周辺装置からなるマイクロコンピュータにより構成されており、車両の走行条件に応じて一時的に内燃機関１の運転を停止させる運転制御装置と、前記排気空燃比センサ１４からの信号に基づいて目標空燃比が得られるように燃料供給量をフィードバック制御する空燃比制御装置としての機能を備えている。ＥＣＵ２０は、前記運転制御装置としての基本的な制御動作として、前記の一時的な停止状態からの内燃機関１の再始動時に、モータリングにより冷間始動時よりも高速回転で完爆を行わせるように構成されている。また、空燃比制御装置としては、前記排気空燃比センサ１４からの空燃比信号および図示しない他のセンサ類からの機関回転数Ne、吸入空気量Qa、冷却水温度Tw等の運転状態信号の入力に基づいて燃料噴射装置に対する燃料噴射量指令値を出力する。さらに、機関の再始動後は、前記空燃比センサ１４からの出力が所定の空燃比範囲内であることを条件として空燃比フィードバック制御を開始する。すなわち、ＥＣＵ２０は、本願発明との関係では、空燃比センサ１４からの出力が所定の空燃比範囲であるか否かを判定する空燃比範囲判定手段としての機能をも備えている。
【００１５】
なお、ＥＣＵ２０は前述したように車両の走行条件に応じて内燃機関１の停止または再始動を実行するが、このようなハイブリッド車両制御における内燃機関の運転または運転停止の制御パターンは目的や仕様に応じて種々様々である。一般的にはモータのみでは駆動力が不足する高負荷走行条件またはバッテリ充電が必要な条件の下で内燃機関が運転され、それ以外の条件下では内燃機関は停止するように制御される。
【００１６】
図２は、機関停止および再始動の間に前記ＥＣＵ２０における制御機能部分をブロック図で示したもの、図３（図３−１〜図３−４）はＥＣＵ２０が一定時間毎または割り込み処理により周期的に実行する前記制御の主要部の制御ルーチンを流れ図で表したものである。以下、これらの図を参照しながらＥＣＵ２０の機関再始動時の制御につき説明する。なお、以下の説明および図３において符号Ｓは処理ステップ番号である。
【００１７】
図２において、１０１は空燃比制御の許可判定部である。許可判定部１０１は、基本的には空燃比センサ１４（図には「A/Fセンサ」と表記してある。）が活性化しており、かつ機関冷却水温度が所定の許可水温以上であり、かつ始動開始から所定の遅れ時間が経過していることを条件として空燃比フィードバック制御を許可し、前記何れかの条件でも満たされない場合には不許可とする。この動作は処理ルーチンとしては図３−１のＳ１１〜Ｓ１４に相当し、条件成立時には空燃比フィードバック制御の許可を示す許可フラグがセットされる。制御機能としては、前記判定のために、それぞれ活性条件判定部１０２、水温条件判定部１０３、始動後ディレイ条件判定部１０４が備えられている。活性条件判定部１０２では既知の判定手法、例えばセンサ温度が所定の基準値以上であること等に基づき、空燃比センサ１４が活性状態にあるか否かを判定する。水温条件判定部１０３では、冷却水温度センサからの信号に基づき、機関冷却水温度が所定の許可水温以上であるか否かを判定する。始動後ディレイ条件判定部１０４では、始動時のスタータモータ起動時の機関冷却水温度に基づいて、低温時ほど増大するような特性でテーブル設定されたディレイ時間を設定し、当該ディレイ時間が経過したか否かをタイマにて判定する。
【００１８】
前記始動後ディレイ時間判定部１０４は、車両システムがイグニッションスイッチのオン操作により最初に起動されたとき、すなわち運行開始時に作動するものであり、この他に、この制御系では車両運航開始後に前述したハイブリッド走行制御として一時的に内燃機関が停止され、その後に再始動されたときの始動後ディレイ判定の機能を含む再始動時条件判定部２００を有する。図２において破線で囲んだ部分が再始動時条件判定部２００である。前記再始動時条件判定部２００は、主に早期化要求判断部２０１、第２の始動後ディレイ条件判定部２０２、空燃比（図には「A/F」と表記してある。）出力範囲条件判定部２０３からなる。
【００１９】
早期化要求判断部２０１は、前述した内燃機関の一時停止状態を判定して信号切換部１０５を操作し、前記許可判定部１０１への判定条件信号の出力元を、第１の始動後ディレイ条件判定部１０４または第２の始動後ディレイ条件判定部２０２を含む再始動時条件判定部側の何れかに切り換える機能を有する。これは処理ルーチンとしては図３−２のＳ２１〜２３に相当する。前記動作のために、早期化要求判定部２０１には、水温領域要求判定部２０１ａと、センサ割れ防止要求制御部２０１ｂとを備えている。水温領域要求判定部２０１ａは、再始動時の機関冷却水温度が所定の下限設定値Ａ以上かつ上限設定値Ｂ未満という水温領域内にあるか否かを判定する。前記下限設定値Ａは、前記の水温条件判定部１０３における許可水温よりも高く、内燃機関が暖機完了した状態に相当する水温に設定されている。センサ割れ防止要求制御部２０１ｂは、機関再始動時に空燃比センサ１４のヒータ部に電流を供給する制御を行うことを前提として、ヒータ制御が許可されてセンサ加熱が開始されてから所定の遅れ時間を設定し、空燃比センサ１４の破損を防止するためにその温度がある程度上昇するのを待つためのものである。この場合、前記センサ加熱開始時の機関冷却水温度に基づいて、低温時ほど増大するような特性でテーブル設定されたディレイ時間を設定し、当該ディレイ時間が経過したか否かをタイマにて判定する。
【００２０】
早期化要求判断部２０１では、前記水温領域要求判定部２０１ａでの判定により、機関冷却水温度が前記所定領域内にあり、かつ前記センサ割れ防止要求制御部２０１ｂで前記所定のディレイ時間が経過していることを条件として、前記信号切換部１０５を第２の始動後ディレイ条件判定部２０２を含む再始動条件判定部側を許可判定部１０１に接続し、前記条件の何れかでも成立しない場合には第１の始動後ディレイ条件判定部１０４を許可判定部１０１に接続する。
【００２１】
第２の始動後ディレイ条件判定部２０２では、モータリング（再始動時のスタータモータ起動）時の機関冷却水温度に基づいて、低温時ほど増大するような特性でテーブル設定されたディレイ時間を設定し、当該ディレイ時間が経過したか否かをタイマにて判定する。これは処理ルーチンとしては図３−３のＳ３１〜Ｓ３６に相当し、前記ディレイ条件成立時には条件成立フラグがセットされる。本発明との関係では、前記第２のディレイ条件判定部２０２が遅延時間設定手段に相当する。
【００２２】
空燃比出力範囲条件判定部２０３は、空燃比出力範囲判定部２０３ａと、強制開始判定部２０３ｂとからなる。空燃比出力範囲判定部２０３ａは、再始動後の空燃比フィードバック制御開始条件の一つとして、排気空燃比範囲が所定範囲にあるか否かを判定し、強制開始判定部２０３ｂは前記空燃比範囲の如何に関わらず、再始動から一定時間が経過したときには強制的に空燃比フィードバック制御の開始を許可する。本発明との関係では、前記空燃比出力範囲判定部２０３ａは空燃比範囲判定手段に相当する。詳細について、まず強制開始判定部２０３ｂから説明すると、判定条件としてスタータスイッチの操作と前記空燃比センサ１４のヒータ制御の開始を判定し、これらからモータリングまたは再始動のためのヒータ制御の開始の何れかを判定したときは、タイマにより所定時間Ａの経過を判定し、経過した場合には空燃比フィードバック制御の開始を許可する。これは処理ルーチンとしては図３−４のＳ４１〜Ｓ４５、Ｓ５０に相当し、前記許可条件が成立したときには条件成立フラグをセットする。一方、空燃比出力範囲判定部２０３ａでは、空燃比センサ１４からの出力に基づき、再始動時の排気空燃比が所定の下限設定値Ａ以上かつ上限設定値Ｂ未満であり、かつその状態が所定時間以上継続したか否かをタイマでカウントし、排気空燃比が前記所定空燃比範囲内である状態が所定時間以上継続した場合には空燃比フィードバック制御を許可すべく許可フラグ処理を行う。これは処理ルーチンとしては図３−４のＳ４６〜Ｓ５０に相当する。なお前記許可フラグは機関停止時にリセットされる。
【００２３】
空燃比出力範囲条件判定部２０３では、前記空燃比出力範囲判定部２０３ａまたは強制開始判定部２０３ｂの何れかの判定により条件成立フラグが立ったときに許可信号を出力する。このとき、前記第２の始動後ディレイ条件判定部からも条件成立の信号が出力されている場合には、許可判定部１０１に対して許可信号が出力され、このとき空燃比センサ活性条件、水温条件が共に成立していれば、空燃比フィードバック制御が許可される。この動作は処理ルーチンとしては図３−２のＳ２３〜Ｓ２５に相当する。
【００２４】
前記制御に基づき、ハイブリッド制御の間の一時的な停止状態から内燃機関を再始動させるときの空燃比範囲が所定の範囲内にあるときには速やかに空燃比フィードバック制御を開始させることができるので、空燃比フィードバック制御を早期に実施する機会を確保して再始動時の始動性を改善し、始動後の内燃機関の運転性や燃費、排気性能等を改善することができる。また、この実施形態では前記再始動時にモータリングから一定時間が経過したときには強制的に空燃比フィードバック制御を開始させるようにしている。この強制的な空燃比フィードバック制御の実施により、もしも空燃比センサ１４が故障していたとしてもこれを早期に検出することが可能となる。
【００２５】
また、この実施形態のように蒸発燃焼処理装置を備えた内燃機関では、前記空燃比フィードバック制御の開始許可以後にパージを行うように構成することで、空燃比フィードバック制御の開始と共に早期にパージを開始させてパージ量を増加させることができ、蒸発燃料を効率よく処理することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態を示すシステム図。
【図２】実施形態の制御機能を表すブロック図。
【図３−１】実施形態の制御内容を表す第１の流れ図。
【図３−２】実施形態の制御内容を表す第２の流れ図。
【図３−３】実施形態の制御内容を表す第３の流れ図。
【図３−４】実施形態の制御内容を表す第４の流れ図。
【符号の説明】
【００２７】
１  内燃機関
２  エアクリーナ
３  スロットル弁
４  燃料噴射弁
５  燃料タンク
７  キャニスタ
１２  排気通路
１３  触媒コンバータ
１４  排気空燃比センサ
２０  ＥＣＵ
１０１  許可判定部
１０２  空燃比センサ活性条件判定部
１０３  水温条件判定部
１０４  第１の始動後ディレイ条件判定部
１０５  出力切換部
２００  再始動時条件判定部
２０１  早期化要求判断部
２０２  第２の始動後ディレイ条件判定部（遅延時間設定手段）
２０３  空燃比出力範囲条件判定部（空燃比範囲判定手段）
【図１】
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【図２】
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【図３−１】
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【図３−２】
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【図３−３】
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【図３−４】
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