(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の負荷、回転速度、温度、排気酸素濃度を含む運転状態を検出する検出手段と、運転状態に応じて定めた目標空燃比に一致するようにオープンループ制御により、または排気酸素濃度に基づくフィードバック制御により実空燃比を制御する空燃比制御手段とを備えた内燃機関において、
前記空燃比制御手段を、機関始動以後の検出温度が、暖機完了温度よりも低く設定された基準温度以下のときはオープンループ制御を、前記基準温度を超えるときはフィードバック制御を実行し、
かつフィードバック制御時に、前記検出手段によって検出された回転速度の前回値と今回値との差から定まる回転速度低下量が基準値よりも大となったときにはフィードバック制御のリーン方向への制御速度を通常運転時よりも減少させるとともに、回転速度低下量が前記基準値よりも大きい間は前記制御速度を徐々に減少させ、その後回転速度低下量が基準値よりも小さくなったときには前記制御速度を徐々に増大させるように構成した内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項２】
空燃比制御手段は、フィードバック制御時の回転速度低下量が、前記基準値よりも大に設定された第２の基準値よりも大となったときにはオープンループ制御に戻すように構成した請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項３】
空燃比制御手段は、ＰＩ制御におけるリーン化比例制御定数またはリーン化積分制御定数の少なくとも何れか一方の補正によりリーン方向への制御速度を変化させる請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項４】
空燃比制御手段は、回転速度低下をアイドル運転時にのみ判定する請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項５】
空燃比制御手段は、機関始動後に排気酸素濃度を検出するセンサの活性が完了したことを条件としてオープンループ制御からフィードバック制御への移行を許可する請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項６】
空燃比制御手段は、フィードバック制御において酸素濃度を反映する空燃比フィードバック補正係数のクランプを行うことによりオープンループ制御を行う請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項７】
空燃比制御手段は、フィードバック制御は理論空燃比を目標空燃比として実行し、オープンループ制御は理論空燃比よりもリッチ側に設定した空燃比を目標空燃比として実行する請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項８】
空燃比制御手段は、オープンループ制御時の空燃比を、機関始動後の温度上昇または時間経過の少なくとも何れか一方の条件にしたがって理論空燃比方向に補正する請求項７に記載の空燃比制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の制御装置に関し、詳しくは暖機運転時のフィードバック制御による排気エミッション性能の改善に関する。
【０００２】
【従来の技術と解決すべき課題】
一般にフィードバック制御を行う内燃機関においても、その冷間始動時には燃焼を安定させるために燃料噴射量を増量し、暖機完了後に目標の空燃比となるように燃料噴射量をフィードバック制御するようにしている。排気エミッション性能を改善するためには暖機完了前のより低い温度からフィードバック制御を開始することが望ましいのであるが、そうするとそれまで燃料噴射量の増量によりリッチとなっていた空燃比が、フィードバック制御への移行に伴いストイキに補正されることになるためエンジン回転が大きく低下するという問題が生じる。
【０００３】
このような問題に対して、フィードバック制御を開始する際に吸入空気量を増量させて回転低下を防止するようにしたものが提案されている（特開平７−１１９５１９号参照）。しかしながら、吸入空気量の増量には吸気系容積による時間的遅れが避けられないので、これでは上述した空燃比変化に伴う急激な回転低下には対応しきれない。
【０００４】
本発明はこのような従来の問題点に着目してなされたもので、暖機運転時のフィードバック制御開始による回転低下を防止し、かつ排気エミッション性能を改善することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、内燃機関の負荷、回転速度、温度、排気酸素濃度を含む運転状態を検出する検出手段と、運転状態に応じて定めた目標空燃比に一致するようにオープンループ制御により、または排気酸素濃度に基づくフィードバック制御により実空燃比を制御する空燃比制御手段とを備えた内燃機関において、前記空燃比制御手段を、機関始動以後の検出温度が、暖機完了温度よりも低く設定された基準温度以下のときはオープンループ制御を、前記基準温度を超えるときはフィードバック制御を実行し、かつフィードバック制御時に、前記検出手段によって検出された回転速度の前回値と今回値との差から定まる回転速度低下量が基準値よりも大となったときにはフィードバック制御のリーン方向への制御速度を通常運転時よりも減少させるとともに、回転速度低下量が前記基準値よりも大きい間は前記制御速度を徐々に減少させ、その後回転速度低下量が基準値よりも小さくなったときには制御速度を徐々に増大させるように構成した。
【０００７】
請求項２の発明は、上記空燃比制御手段を、フィードバック制御時の回転速度低下量が、前記基準値よりも大に設定された第２の基準値よりも大となったときにはオープンループ制御に戻すように構成した。
【０００８】
請求項３の発明は、上記空燃比制御手段を、ＰＩ制御におけるリーン化比例制御定数またはリーン化積分制御定数の少なくとも何れか一方の補正によりリーン方向への制御速度を変化させるように構成した。
【０００９】
請求項４の発明は、上記空燃比制御手段を、回転速度低下をアイドル運転時にのみ判定するように構成した。
【００１０】
請求項５の発明は、上記空燃比制御手段を、機関始動後に排気酸素濃度を検出するセンサの活性が完了したことを条件としてオープンループ制御からフィードバック制御への移行を許可するように構成した。
【００１１】
請求項６の発明は、上記空燃比制御手段を、フィードバック制御において酸素濃度を反映する空燃比フィードバック補正係数のクランプを行うことによりオープンループ制御を行うように構成した。
【００１２】
請求項７の発明は、上記空燃比制御手段を、フィードバック制御は理論空燃比を目標空燃比として実行し、オープンループ制御は理論空燃比よりもリッチ側に設定した空燃比を目標空燃比として実行するように構成した。
【００１３】
請求項８の発明は、上記オープンループ制御時のリッチ空燃比を、機関始動後の温度上昇または時間経過の少なくとも何れか一方の条件にしたがって理論空燃比方向に補正するように構成した。
【００１４】
【作用・効果】
上記請求項１以下の各発明において、機関始動以後の検出温度が暖機完了温度よりも低く設定された基準温度以下のときはオープンループ制御が実行される。前記基準温度としては、例えば排気酸素濃度を検出するセンサがある程度活性化して酸素濃度によるフィードバック制御が可能となる温度である。このときのオープンループ制御は、前記酸素濃度を用いた空燃比フィードバック制御を前提とするならば、酸素濃度を反映する空燃比フィードバック補正係数のクランプを行うことにより実現することができる。これにより、空燃比フィードバック制御が困難な冷間始動直後や極低温時には例えばリッチ空燃比を目標空燃比とするオープンループ制御により安定した暖機運転を継続させることができる。
【００１５】
上記オープンループ制御時のリッチ空燃比を、機関始動後の温度上昇または時間経過の少なくとも何れか一方の条件にしたがって理論空燃比方向に補正するものとすれば、始動後温度上昇または時間経過に応じた回転安定性の向上に対して空燃比を最適化して、燃費をより改善することができる。
【００１６】
一方、暖機が進行して機関温度が基準温度を超えたときには空燃比フィードバック制御が開始される。ただし、このフィードバック制御時に、前記検出手段によって検出された回転速度の前回値と今回値との差から定まる回転速度低下量が基準値よりも大となったときにはフィードバック制御のリーン方向への制御速度を通常運転時よりも減少させる。これは、例えばＰＩ制御におけるリーン化比例制御定数またはリーン化積分制御定数の少なくとも何れか一方の補正によりリーン方向への制御速度を補正することで実現する。これにより、回転速度低下に対して空燃比リーン方向への制御動作が抑制されるため燃焼が安定方向となり、暖機運転を安定して継続させることが可能となる。このようにして暖機完了前の温度条件下で空燃比フィードバック制御を行わせることにより、排気エミッションおよび燃費を改善することができる。また、回転速度低下に対して空燃比制御により対応するので燃焼状態を安定させるまでの時間的遅れが少なく、それだけ良好な回転安定性が得られる。
【００１７】
上記フィードバック制御において、回転速度低下量がある基準値よりも大となったときに空燃比のリーン方向への制御速度を徐々に減少させ、その後、回転速度低下量が基準値よりも小となったときには前記制御速度を徐々に増大させる構成とすることにより、フィードバック制御への移行時の回転安定性を確保しつつ、その後回転速度低下が回復しつつあるときの制御応答性を改善できる。また、フィードバック制御時の回転速度低下量が、前記基準値よりも大に設定された第２の基準値よりも大となったときにはオープンループ制御に戻すように構成することにより、フィードバック制御では対応できないほどの急激な回転速度低下によるストールを防止することができる。
【００１８】
暖機運転中であっても運転者によるアクセルペダルの踏み込み操作等により要求負荷および回転速度が増大したときには、回転低下やストールのおそれはないので、回転速度低下はアイドル運転時にのみ判定すればよい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明による実施形態の機械的構成を概略的に表したものである。図において１はマイクロコンピュータおよびその周辺装置から構成されたコントロールユニットであり、各種運転状態信号に基づいて火花点火式内燃機関２の燃料噴射量および点火時期等を制御する。機関制御のための基本的な検出量はエアフロメータ３からの吸気量信号とクランク角センサ４からの機関回転速度信号であり、詳しくは後述するが、例えば燃料噴射量はこれらの信号から定まる基本値を水温センサ５からの冷却水温信号、排気酸素センサ（以下「Ｏ２センサ」と表す）６からの酸素濃度信号等に応じて補正することによりその信号値を決定する。燃料噴射量信号はインジェクタ７に付与され、これにより所要量の燃料が内燃機関２に供給される。また、点火時期については、図示しないアクセルセンサからのアクセル操作量と機関回転速度とから定まる基本値を水温等により補正することでその信号値が決定され、クランク角センサ４からのクランク位置信号を参照しながら前記信号値に応じたタイミングで点火プラグ８に点火電流が供給される。なお９はスロットルバルブ、１０は触媒コンバータである。
【００２０】
次に上記コントロールユニット１による空燃比制御の制御動作例につき図２以下の流れ図に沿って説明する。図２は空燃比制御の基本となる燃料噴射量演算ルーチンを示しており、これは例えば１０ｍｓ毎に周期的に実行される。以下、制御ルーチンのステップを順を追って説明する。
Ｓ１０１：エアフローメータ３の出力信号から吸入空気量ＱＡを、クランク角センサ４の出力信号から機関回転速度ＮＥをそれぞれ読み込む。
Ｓ１０２：吸入空気量ＱＡ、機関回転速度ＮＥに基づき、Ｔｐ＝Ｋ・ＱＡ／ＮＡの演算により基本燃料噴射量Ｔｐを算出する。Ｋは係数、Ｔｐは混合気の空然比を理論空然比とする燃料噴射量である。なお、インジェクタ７は圧力調整された燃料供給下でその開弁時間に応じて燃料噴射量を制御する構成となっており、この場合燃料噴射量Ｔｐはインジェクタ７の開弁時間または開閉時間比を与える。
Ｓ１０３：基本燃料墳射量Ｔｐ、目標当量比ＴＦＢＹＡ、フィードバック補正係数αに基づき、最終的な燃料噴射量Ｔｉを算出する。ＴＦＢＹＡは制御しようとする混合気の燃空比と理論空燃比との比率であり、本発明の目標空燃比に相当する。ＴＦＢＹＡ＝１のときは理論空燃比、ＴＦＢＹＡ＞１のときはリッチ空燃比、ＴＦＢＹＡ＜１のときはリーン空燃比を表す。フィードバック補正係数αはＯ２センサ６の出力に応じて実空燃比を目標空燃比に収束させるための補正係数であり、α＞１のときはリッチ側に、α＜１のときはリーン側にそれぞれ空燃比を補正する。α＝１に固定（クランプ）したときはフィードバック制御は行われず、ＴＦＢＹＡで与えられる目標空燃比によるオープンループ制御となる。
【００２１】
次に、図３により上記目標当量比ＴＦＢＹＡを算出するルーチンにつき説明する。このルーチンも図２と同様の周期で繰り返し実行される。ここでＴＦＢＹＡは、理論空燃比を表す基本値＝１に始動後増量補正係数ＫＡＳまたは水温増量補正係数ＫＴＷを加算することでリッチ方向に補正される。
【００２２】
始動後増量補正係数ＫＡＳは、始動時および始動直後の燃焼を安定させるための補正係数で、０以上の値に設定される。水温増量補正係数ＫＴＷは、低水温時の燃焼を燃焼を安定させるための補正係数で、０以上の値に設定される。
Ｓ２０１：水温センサ５の出力信号から機関冷却水の水温ＴＷＫを読み込む。
Ｓ２０２：スタータＳＷがＯＮであるか否か、すなわち現在機関始動のためのクランキングが行われている最中であるか否かを判断する。
Ｓ２０３：スタータＳＷがＯＮであるときは、水温ＴＷＫに基づき始動後増量補正係数の初期値ＴＫＡＳをテーブル検索等により求める。ＴＫＡＳは、水温ＴＷＫが低いときほど大きな値とされる。
Ｓ２０４：始動後増量補正係数ＫＡＳの時間補正係数ＴＭＫＡＳを１に設定する。ＴＭＫＡＳはＫＡＳを始動後の時間経過にしたがって減少させて行くための補正係数である。ＫＡＳは経過時間に限らず例えば始動後の水温上昇にしたがって減少させて行くようにしてもよい。
Ｓ２０５：初期値ＴＫＡＳをそのまま始動後増量補正係数ＫＡＳに設定する。
Ｓ２０６：スタータＳＷがＯＦＦであるときは、時間補正係数の前回算出値ＴＭＫＡＳzから減少分△ＴＭＫを減算する。このステップの処理により、時間補正係数ＴＭＫＡＳの値は、スタータＳＷがＯＦＦになった後、時間の経過とともに徐々に小さくなる。すなわち始動後増量燃料は次第に減少する。
Ｓ２０７：時間補正係数ＴＭＫＡＳが０より大きいか否かを判断する。
Ｓ２０８：時間補正係数ＴＭＫＡＳが０より大きいときは、初期値ＴＫＡＳに時間補正係数ＴＭＫＡＳを乗じて始動後増量補正係数ＫＡＳを算出する。
Ｓ２０９：時間補正係数ＴＭＫＡＳが０以下のときは、始動後増量補正係数ＫＡＳを０に設定する。
Ｓ２１０：水温ＴＷＫに基づき水温増補正係数ＫＴＷを算出する。ＫＴＷは、水温ＴＷＫが低いときほど大きな値とされ、エンジン暖機完了温度以上では０になる。
Ｓ２１１：１と始動後増量補正係数ＫＡＳと水温増量補正係数ＫＴＷとを加算して目標当量比の仮置き値ＴＦＢＹＡ１を算出する。
Ｓ２１２：空然比フィードバック補正係数αが１にクランプされているか否か、すなわち、空然比フィードバック制御が非実行状態であるか否かを判断する。αをクランプする条件については後述する。
Ｓ２１３：空然比フィードバック補正係数αが１にクランプされているときは、Ｓ２１１で算出した仮置き値ＴＦＢＹＡ１を最終的な目標当量比ＴＦＢＹＡとする。これにより図２に示した制御ルーチンにより、ＴＦＢＹＡによるオープンループ制御、この場合リッチ側に補正された目標空燃比による暖機運転が行われる。
Ｓ２１４：フィードバック補正係数αが１にクランプされていないとき、すなわち、フィードバック制御実行中であるときは、目標当量比ＴＦＢＹＡを１にクランプする。この場合、次の図４に示した制御ルーチンにより設定されるフィードバック補正係数αを用いて、理論空燃比を目標空燃比とする空燃比フィードバック制御が行われる。
【００２３】
図４は空然比フィードバック補正係数αを算出するルーチンであり、図２と同様の周期で繰り返し実行される。この制御ルーチンでは、機関回転速度の急激な低下を招く可能性がない条件、例えば始動から十分に時間が経過しかつエンジンの暖機が完了しているとき、または非アイドル時には通常のフィードバック制御を実施する他、機関回転速度の急激な低下を招く可能性がある条件下においても、Ｏ２センサ６の活性が完了した後は、可能な限りフィードバック制御を実施する（以下、Ｏ２センサ６の活性完了を条件として開始する空燃比フィードバック制御を早期フィードバック制御と言う）。
Ｓ３０１：Ｏ２センサ６の出力信号ＯＳＦを読み込むとともに、水温センサ５の出力信号から機関冷却水温ＴＷＫを読み込む。
Ｓ３０２：ＯＳＦに基づき、Ｏ２センサ６の活性が完了しているか否か、すなわちＯ２センサ６が排気ガス中の酸素濃度に応じた出力を発生する状態にあるか否かを判断する。
Ｓ３０３〜Ｓ３１０：アイドルＳＷの状態、水温、始動後増量補正の有無に基づき、機関が空然比フィードバック制御を行える状態にあるか否かを判断し、次のようにして制御の許可状態を示すフラグＦＦＢＨ、ＦＦＢＬの設定を行う。
・アイドルＳＷがＯＦＦであるとき、すなわちアクセルが踏込まれている状態では、機関回転速度の急低下が問題となることはないので、水温や始動後増量補正の有無に関わらず通常の空然比フィードバック制御を許可（ＦＦＢＨ＝１）する（Ｓ３１０）。
・アイドルＳＷがＯＮであり、水温ＴＷＫが暖磯完了水温ＴＷＦＢＨ以上かつ始動後増量補正が終了している（ＫＡＳ＝０）場合、フィードバック制御を行っても機関回転速度が急激に低下することはないので、通常の空然比フィードバック制御を許可（ＦＦＢＨ＝１）する（Ｓ３１０）。
・アイドルＳＷがＯＮであり、水温ＴＷＫが暖機完了水温ＴＷＦＢＨより低いか始動後増量補正が終了していない（ＫＡＳ>０）場合、フィードバック制御を行うと機関回転速度が急激に低下する可能性があるので、通常の空然比フィードバック制御を不許可（ＦＦＢＨ＝０）とするとともに、機関回転速度を監視しつつ実施する早期フィードバック制御を許可（ＦＦＢＬ＝１）する（Ｓ３０７、Ｓ３０９）。
・アイドルＳＷがＯＮであり、水温ＴＷＫが所定の低温しきい値ＴＷＦＢＬより低い場合、燃焼が不安定となってアイドル運転を維持することが困難であることが明らかであるため、早期フィードバック制御も不許可（ＦＦＢＬ＝０）とする（Ｓ３０５）。
Ｓ３１１〜Ｓ３１８：空然比フィードバック制御許可フラグＦＦＢＨ、ＦＦＢＬと機関回転速度監視フラグＦＮＥとに応じて、次のようにして空然比フィードバック制御の設定あるいは算出を行う。
・通常の空然比フィードバック制御が許可されている場合、Ｏ２センサ６の出力信号ＯＳＦと通常フィードバック制御用の制御定数（リッチ化比例定数PＬ、リーン化比例定数ＰＲ、リッチ化積分定数IＬ、リーン化積分定数ＩＲ）を用いて空然比フィードバック補正係数αを算出する（Ｓ３１７）。  この処理の詳細については図５を用いて後述する。
・早期フィードバック制御のみ許可されており機関回転速度監視フラグＦＮＥが１である場合、Ｏ２センサ６の出力信号ＯＳＦと早期フィードバック制御用の制御定数（リッチ化比例定数PＬｓ、リーン化比例定数ＰＲｓ、リッチ化積分定数IＬｓ、リーン化積分定数ＩＲｓ）を用いてフィードバック補正係数αを算出する（Ｓ３１６）。  この処理の詳細については図６を用いて後述する。早期フィードバック制御用制御定数は、通常制御用制御定数と全く同じ値に設定しても良いが、ここでは機関回転速度を急低下させ難い制御となるように、リーン方向への制御速度が小さくなる設定（ＩＲｓ<ＩＲ、ＰＲｓ<ＰＲ）としている。
・早期フィードバック制御も不許可とされている場合、または、早期フィードバック制御は許可されているが機関回転速度監視フラグＦＮＥが０である場合、フィードバック制御を中止し空然比フィードバック補正係数αを１にクランプする。（Ｓ３１３、Ｓ３１５）
Ｓ３１８：Ｏ２センサ６の活性が完了していないときはフィードバック制御を実施することができないので、フィードバック補正係数αを１にクランプする。
【００２４】
図５と図６に、それぞれ上記Ｓ３１７、Ｓ３１６で実行される空燃比フィードバック補正係数αの算出サブルーチンを示す。
Ｓ４０１・Ｓ４２１：空然比フィードバック補正係数αが１にクランプされる状態が解除されてから初めて本ステップが実行されるか否かを判断する。
Ｓ４０２・Ｓ４２２：通常フィードバック制御の場合（図５）、αクランプ解除直後であるときは、１をαの初期値として設定する。これに対して、早期フィードバック制御の場合（図６）には、αクランプ解除直後であるときは、直前の目標当量比算出ルーチン実行時に算出した目標当量比の仮置き値ＴＦＢＹＡ１をαの初期値として設定する。
Ｓ４０３〜Ｓ４０５・Ｓ４２３〜Ｓ４２５：Ｏ２センサ６の出力信号ＯＳＦをスライスレベルＳＬＦと比較し、空然比がリッチかリーンかを示すフラグＦ１１の設定を行う。空燃比がリーンのときＦ１１＝０、リッチのときＦ１１＝１に設定する。
Ｓ４０６〜Ｓ４１２・Ｓ４２６〜Ｓ４３２：フラグＦ１１の反転の有無とフラグＦ１１の値とに応じ、通常制御の場合（図５）にはＦ１１の反転時には通常制御用比例定数（PＬ、ＰＲ）によってαを増減させ、非反転時には通常制御用積分定数（IＬ、ＩＲ）によってαを増減させる。ただし、上述したように、早期空燃比フィードバック時（図６）には、制御定数として早期制御用に設定したもの（ＰＬｓ、ＰＲｓ、ＩＬｓ、ＩＲｓ）を用いる。
【００２５】
図７は、機関回転速度の低下状態を示すフラグＦＮＥを設定するための機関回転速度監視ルーチンである。この処理は、空然比フィードバック制御の実施や中止、あるいは制御定数変更の影響が機関回転速度に反映される最小限の周期、ただし図４のルーチンの実行周期よりは長い周期で実行される。本ルーチンでは、機関回転速度が急激に低下しているか、緩やかに低下しているかを判断し、機関回転速度監視フラグＦＮＥの設定を行う。
Ｓ５０１：クランク角センサ４の出力信号から機関回転速度ＮＥを読み込む。
Ｓ５０２：早期空然比フィードバック制御許可フラグＦＦＢＬが１であるか否か、すなわち、機関回転速度の低下を監視する必要があるか否かを判断する。
Ｓ５０３：フラグＦＦＢＬが１であるときは、回転数低下量△ＮＥを算出する。△ＮＥは、前回本ルーチンを実行したときに読み込んだ機関回転速度ＮＥzから今回読み込んだ機関回転速度ＮＥを減じて算出するので、値が正であるとき機関回転速度が低下していることを示し、負であるときは機関回転速度が上昇していることを示す。
Ｓ５０４：回転数低下量△ＮＥが急低下を判定するための基準値ＤＮＥＬＭＴより大きいか否かを判断する。
Ｓ５０５：回転数低下量△ＮＥが基準値ＤＮＥＬＭＴより大きいときは、機関回転速度監視フラグＦＮＥ＝０（早期空然比フィードバック制御禁止）に設定する。
Ｓ５０６：回転数低下量△ＮＥが正の値であるか否かを判断する。
Ｓ５０７：回転数低下量△ＮＥが正の値であるときは、機関回転速度監視フラグＦＮＥ＝１に設定する。すなわち、機関回転速度が低下する状態にあるもののその低下速度が緩慢である場合にＦＮＥ＝１とし、早期空然比フィードバック制御を実施させる。
Ｓ５０８：Ｓ５０６で回転数低下量△ＮＥが負の値であるときは、これは上述したように回転速度が上昇しつつあることを意味しているので、既に設定されているＦＮＥの値をそのまま維持する。
Ｓ５０９：Ｓ５０２でフラグＦＦＢＬが０であるときは、フラグＦＮＥを１に初期化しておく。
【００２６】
図８は、上記空燃比制御を実行した場合の機関始動後の冷却水温ＴＷＫ、目標当量比ＴＦＢＹＡ、空燃比フィードバック補正係数α、機関回転速度変化ΔＮＥ、Ｏ２センサ活性状態、および各フラグの状態の推移を示したタイミングチャートである。これは図示したように冷却水温ＴＷＫが上下の判定しきい値ＴＷＦＢＨ−ＴＷＦＢＬ間にある温度条件下で機関始動がなされ、その後アイドル運転が継続された場合の制御の様子を示している。
【００２７】
機関始動の当初、Ｏ２センサ６が活性状態にないため空燃比フィードバック制御は禁止状態であり（ＦＦＢＬ＝０、ＦＦＢＨ＝０）、このため空燃比フィードバック補正係数αはクランプされると共に目標当量比ＴＦＢＹＡがそのときの水温と始動後経過時間とに応じたリッチ空燃比を与えるように設定され、この設定当量比ＴＦＢＹＡ１を目標空燃比とするオープンループ制御が実行される。この状態で運転が継続され、やがてＯ２センサ６が活性状態となると、早期フィードバック制御の許可フラグＦＦＢＬが１に反転するため、空燃比フィードバック補正係数αのクランプが解除されると共に目標当量比ＴＦＢＹＡが１に固定され、これにより理論空燃比を目標空燃比とするフィードバック制御が開始される。
【００２８】
ただし、このとき機関回転速度の低下量ΔＮＥが基準値ＤＮＥＬＭＴを超えたことから、いったんフィードバック制御を中止し、オープンループ制御に戻っている。その後回転速度が回復したのち、再びフィードバック制御が開始される。これにより再び回転低下を起こしているが、このときの低下量ΔＮＥは基準値ＤＮＥＬＭＴ以下であるところから、オープンループ制御に戻ることなく、リーン方向への制御速度を緩やかにしたフィードバック制御を継続している。これにより回転速度の低下量が緩やかに回復する。
【００２９】
上記制御の過程で冷却水温度ＴＷＫが上限のしきい値ＴＷＦＢＨを超えた時点で暖機完了と判定し、ＦＦＢＬ＝０とすると共にＦＦＢＨ＝１として、リーン化方向の制御速度を抑制した早期フィードバック制御を終了し、通常のフィードバック制御へと移行する。
【００３０】
次に、本発明による空燃比制御に関する第２の実施形態を説明する。上記第１の実施形態がフラグＦＮＥによって早期フィードバック制御の実施と禁止とを制御するのに対し、本実施形態では、ＦＮＥを０〜Nの範囲の整数として算出し、早期フィードバック制御の禁止と実施する際の早期フィードバック制御用制御定数の大きさを可変設定する。
【００３１】
図９にこのための空然比フィードバック補正係数αの算出サブルーチンを示す。図６の処理とは、Ｓ４３０の判定でリッチ・リーンフラグＦ１１がリッチ状態を示しているときの係数αの算出手法が異なる。図６の処理ではＳ４３２にて早期フィードバック制御用のリーン化積分制御定数ＩＲｓを設定していたが、この実施形態ではＳ４５２にて、空然比フィードバック制御係数の前回算出値αzから通常制御用リーン化積分制御定数ＩRのＦＮＥ/Nを減算し、新たなαを算出するようにしている。例えば、N＝３、ＦＮＥ＝１の場合、リーン化積分制御定数は通常時の１/３の大きさとなり、リーン方向への制御速度が１/３となる。
【００３２】
次に、この実施形態における機関回転速度監視ルーチンを図１０に示す。
Ｓ５２１〜Ｓ５２４：図７のＳ５０１〜Ｓ５０４と同一である。
Ｓ５２５：ＦＮＥの前回設定値ＦＮＥzから１を減算し、新たなＦＮＥを算出する。すなわち、機関回転速度の急低下が検出されている間、リーン化積分制御定数の大きさを徐々に小さくし、リーン方向への制御速度を徐々に小さくする。
Ｓ５２６：ＦＮＥが０以下か否かを判断する。
Ｓ５２７：ＦＮＥが０以下のときはＦＮＥの値を０に制限する。
Ｓ５２８：回転数低下量△ＮＥが、基準値ＤＮＥＬＭＴより小さい側に設定した基準値ＤＮＥＴＨより大きいか否かを判断する。
Ｓ５２９：△ＮＥが基準値ＤＮＥＴＨより大きいときはＦＮＥの前回設定値ＦＮＥzを今回も維持する。
Ｓ５３０：回転数低下量△ＮＥが正の値であるか否かを判断する。
Ｓ５３１：ＦＮＥの前回設定値ＦＮＥzに１を加算し、新たなＦＮＥを算出する。すなわち、機関回転速度がゆっくりと低下していることが検出されたら、リーン化積分制御定数の大きさを徐々に大きくし、リーン方向への制御速度を徐々に大きくする。
Ｓ５３２：ＦＮＥがNより大きいか否かを判断する。
Ｓ５３３：ＦＮＥがNより大きいときはＦＮＥの値をNに制限する。
Ｓ５３４：Ｓ５３０で回転数低下量△ＮＥが負の値であるときは、ＦＮＥの前回設定値ＦＮＥzを今回も維持する。
Ｓ５３５：Ｓ５２２でフラグＦＦＢＬが０であるときは、フラグＦＮＥをNに初期化しておく。
【００３３】
図１１に、上記第２の実施形態の制御による空燃比制御動作のタイミングチャートを示す。制御実行時の前提は図８と同様である。この制御では、図示されるように早期フィードバック制御開始後の回転低下に対して、回転低下量ΔＮＥに応じて回転速度低下監視フラグＦＮＥの値が漸増減し、これにより空燃比フィードバック補正係数αが細かく可変設定されることから、回転低下量に応じてより適切な空燃比が設定され、滑らかな回転制御特性が発揮される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用可能な内燃機関の機械的構成例を示す概略図。
【図２】本発明の第１の実施形態による制御を示す第１の流れ図。
【図３】本発明の第１の実施形態による制御を示す第２の流れ図。
【図４】本発明の第１の実施形態による制御を示す第３の流れ図。
【図５】本発明の第１の実施形態による制御を示す第４の流れ図。
【図６】本発明の第１の実施形態による制御を示す第５の流れ図。
【図７】本発明の第１の実施形態による制御を示す第７の流れ図。
【図８】本発明の第１の実施形態の制御による空燃比制御動作を表すタイミングチャート。
【図９】本発明の第２の実施形態による制御を示す第１の流れ図。
【図１０】本発明の第１の実施形態による制御を示す第２の流れ図。
【図１１】本発明の第２の実施形態の制御による空燃比制御動作を表すタイミングチャート。
【符号の説明】
１    コントロールユニット
２    内燃機関
３    エアフローメータ
４    クランク角センサ
５    水温センサ
６    Ｏ２センサ
７    インジェクタ
８    点火プラグ
９    スロットルバルブ
１０    触媒コンバータ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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