(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
運転状態検出手段の検出結果が所定条件を満足する場合に、実際の空燃比が目標空燃比となるように内燃機関に供給する燃料量をフィードバック制御するフィードバック制御手段と、
内燃機関の始動後に供給する燃料量を所定量増量し、その始動後増量分を始動後判定からの経過時間に対して所定の減量割合で徐々に減少させる始動後増量手段と、
始動後増量手段による始動後増量が終了するまでに、フィードバック制御手段によりフィードバック制御を開始する場合には、フィードバック制御の開始以降の始動後増量手段による始動後増量の所定時間内の減量割合を、フィードバック制御における燃料量の所定時間内の減量割合より小さくする減量割合制御手段とを備えることを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項２】
減量割合制御手段が、運転状態制御手段が空燃比がリーンであることを検出した際の減量割合を、空燃比がリッチであることを検出した際の減量割合より小さくするように設定することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【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（以下、エンジンと称する）の運転状態に応じて燃料の供給量をフィードバック制御し得る空燃比制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば自動車等の車両に搭載されるエンジンの燃料供給量を調節して空燃比を制御する空燃比制御装置においては、空燃比が目標空燃比となるように燃料供給量を調節している。このような空燃比制御装置では、始動後は燃料供給量を調節して空燃比をオープン制御するとともに、所定条件が満たされた場合にはエンジンの運転状態に応じてフィードバック制御している。例えば特開平７−１５１０００号公報のものにあっては、始動後のオープン制御では、燃焼の不安定さを改善するために、基本燃料量に増量補正する始動後増量補正量を設定して、その始動後増量補正量により燃料量を増量補正している。始動後増量補正量は、始動後の運転状態に応じてその初期値を設定し、その初期値から時間の経過に対応して徐々に減量するように設定してある。そして、フィードバック制御は、この始動後増量補正量による始動後増量が終了するまで禁止している。このような構成にすることにより、運転性能を良好に維持しつつ、排気エミッションを低減している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の構成にあっては、始動後増量が終了しないかぎりフィードバック制御が始まらないため、始動後の判定からフィードバック制御を開始するまでの時間が長くなる。すなわち、フィードバック制御が開始されるまでの間は、始動後増量補正量により燃料量は補正され、始動後増量補正量を時間の経過とともに減量させることにより排気エミッションを低減することはできるものの、増量補正をしている時間が長くなると、総量的には排気エミッションは低くならず、低減できないこととなった。
【０００４】
本発明は、このような不具合を解消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】
本発明は、このような目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。すなわち、本発明に係る内燃機関の空燃比制御装置は、内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、運転状態検出手段の検出結果が所定条件を満足する場合に、実際の空燃比が目標空燃比となるように内燃機関に供給する燃料量をフィードバック制御するフィードバック制御手段と、内燃機関の始動後に供給する燃料量を所定量増量し、その始動後増量分を始動後判定からの経過時間に対して所定の減量割合で徐々に減少させる始動後増量手段と、始動後増量手段による始動後増量が終了するまでに、フィードバック制御手段によりフィードバック制御を開始する場合には、フィードバック制御の開始以降の始動後増量手段による始動後増量の所定時間内の減量割合を、フィードバック制御における燃料量の所定時間内の減量割合より小さくする減量割合制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００６】
このような構成のものであれば、始動後増量手段により始動後増量を行っている間に、内燃機関の運転状態がフィードバック制御を行うための所定条件を満たしていることを運転状態検出手段が検出すると、始動後増量手段による始動後増量を減量しながら継続するとともに、フィードバック制御手段により供給する燃料量をフィードバック制御する。この場合に、始動後増量手段による始動後増量の所定時間内の減量割合は、減量割合制御手段によりフィードバック制御における燃料量の所定時間内の減量割合よりも小さくするように制御されるので、フィードバック制御によりリーン側に制御しても、空燃比が急速に大きくリーン傾向に移行することがない。したがって、オープン制御からフィードバック制御へ移行する時間を短縮することが可能になるとともに、フィードバック制御によりリッチ側とリーン側とに交互に空燃比が大きく変化するつまりハンチング状態となることを防止することが可能になる。
【０００７】
実際の空燃比が目標空燃比に速やかに収束するようにするためには、減量割合制御手段が、運転状態制御手段が空燃比がリーンであることを検出した際の減量割合を、空燃比がリッチであることを検出した際の減量割合より小さくなるように設定するものが好適である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の一形態を、図面を参照して説明する。
【０００９】
図１は、この方法が実施されるエンジンを示している。このエンジン１００は、燃料噴射弁１と、カムポジションセンサ２と、圧力センサ３と、アイドルスイッチ４と、水温センサ５と、Ｏ2 センサ６とを具備している。カムポジションセンサ２と、圧力センサ３と、アイドルスイッチ４と、水温センサ５と、Ｏ2 センサ６とは、後述の電子制御装置７とともに機能して、エンジン１００の運転状態を検出する手段として機能するものである。
【００１０】
燃料噴射弁１は、吸気管８に装着してあり、電磁コイル等を主体として構成されている。そして、電磁コイルに電子制御装置７から燃料噴射信号ａが入力されると、そのデューティ比等に比例した量の燃料を吸気ポート８ａ付近に噴射するようにしてある。カムポジションセンサ２は、エンジン回転数信号ｎｅ、気筒判別信号Ｇ１、及びクランク角度信号Ｇ２を発生するように構成されている。圧力センサ３は、サージタンク９に設けてあり、吸気管負圧に比例した吸気圧信号ｂを出力するようになっている。アイドルスイッチ４は、スロットルシャフトに連結してあり、スロットルバルブ１０が閉じている場合はオンになり、スロットルバルブ１０が開弁した場合はオフになるオンオフスイッチであって、ＩＤＬ信号ｃを出力するようになっている。水温センサ５は、例えば、サーミスタ等を主体として構成されるもので、エンジン冷却水温度に応じた水温信号ｄを出力するようになっている。Ｏ2 センサ６は、触媒コンバータたるマニバータ１１の上流側に着脱可能に装着してあり、空燃比Ａ／Ｆを制御するために排気ガス中の酸素濃度に感応して出力信号ｅを発生するようになっている。具体的には、Ｏ2 センサ６は、排気ガス中の酸素濃度が高いすなわち空燃比Ａ／Ｆがリーンである場合には低い電圧を発生し、排気ガス中の酸素濃度が低いすなわち空燃比Ａ／Ｆがリッチである場合には高い電圧を発生し得るように構成されている。なお、Ｏ2 センサ６としては、活性化を早めるために、ヒータを内蔵したものが望ましい。このようなヒータを内蔵したものであれば、始動後と判定した直後に活性化することが可能になる。
【００１１】
電子制御装置７は、フィードバック制御手段、始動後増量手段及び減量割合制御手段として機能するもので、燃焼室１２に供給する混合気の空燃比Ａ／Ｆを調節する役割を担っており、中央演算処理装置７ａと、メモリ７ｂと、入力インターフェース７ｃと、出力インターフェース７ｄとを備えている。そして、入力インターフェース７ｃを介して、エンジン１００の運転状態を検出するために、少なくとも、カムポジションセンサ２からのエンジン回転数信号ｎｅ、気筒判別信号Ｇ１及びクランク角度信号Ｇ２と、圧力センサ３からの吸気圧信号ｂと、アイドルスイッチ４からのＩＤＬ信号ｃと、水温センサ５からの水温信号ｄと、Ｏ2 センサ６からの出力信号ｅとをそれぞれ中央演算装置７ａに入力し、この中央演算装置７ａにおいてメモリ７ｂ内に格納されている図示しないプログラムに沿って一定クランク角毎に所定の演算処理を実行した後、出力インターフェース７ｄを介して前記燃料噴射弁１に燃料噴射信号ａを出力するようになっている。
【００１２】
電子制御装置７には、圧力センサ３から出力される吸気圧信号ａとカムポジションセンサ２から出力される回転数信号ｎｅとを主な情報とし、エンジン１００の運転状態に応じて決まる始動後増量補正量たる始動後増量補正係数ＦＳＥ及び空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦを含む各種の補正係数で基本噴射量に対応する基本噴射時間を補正して有効噴射時間を決定し、有効噴射時間に無効噴射時間を加算して燃料噴射弁開成時間である最終通電時間を決定し、その決定された最終通電時間により燃料噴射弁１を制御して、エンジン１００の運転状態に応じた燃料量を燃料噴射弁１から吸気ポート８ａに噴射するためのプログラムが内蔵してある。このように、エンジン１００の運転状態に応じて燃料量をフィードバック制御することにより、空燃比をフィードバック制御するものである。
【００１３】
この実施の形態における制御プログラムの概要について、図２により説明する。
【００１４】
この実施の形態にあっては、始動後に燃料を所定量増量補正するための始動後増量補正係数ＦＳＥは、第１補助係数ＦＳＥ１、第２補助係数ＦＳＥ２及び第３補助係数ＦＳＥ３を含んでなり、始動後の燃料量計算タイミングにおいて、その時点に最も大きな値を示す補助係数を、始動後増量補正係数ＦＳＥとして燃料量の計算に採用する。つまり、ある燃料量計算タイミングにおいて、第２補助係数ＦＳＥ２が他の２つの補助係数ＦＳＥ１，ＦＳＥ３より大なる値である場合には、第２補助係数ＦＳＥ２を始動後増量補正係数ＦＳＥとするものである。第１、第２及び第３補助係数ＦＳＥ１，ＦＳＥ２，ＦＳＥ３は、例えばテーブルによりその初期値がエンジン温度すなわちエンジン冷却水温度に応じて設定してある。初期値は、同一エンジン冷却水温度にあっては第３補助係数ＦＳＥ３のものが最も大きく、次に第２補助係数ＦＳＥ２が大きく、第１補助係数ＦＳＥ１のものが最も小さく設定してある。そして、エンジン１００の運転状態を検出した際のエンジン冷却水温度に対応する第１、第２及び第３補助係数ＦＳＥ１，ＦＳＥ２，ＦＳＥ３のそれぞれの初期値がテーブルにない場合は、補間計算によりそのエンジン冷却水温度に対応するものが計算される。
【００１５】
また、それぞれの補助係数ＦＳＥ１，ＦＳＥ２，ＦＳＥ３には、空燃比フィードバック制御を実行していない際に、その値が所定時間内において所定の減量割合つまり減量率で減少するように、基本減量値が、それぞれ異なる値で設定してある。これらの基本減量値は、始動後判定からの経過時間に対して減少させる燃料量に対応しているもので、第３補助係数ＦＳＥ３に対する基本減量値が最も大きく、第１補助係数ＦＳＥ１に対する基本減量値ＫＦＳＥＤ１が最も小さく設定してある。したがって、始動後の経過時間が同一の場合、第３補助係数ＦＳＥ３が最も大きく減少するものである。
【００１６】
加えて、少なくとも第１補助係数ＦＳＥ１に対しては、空燃比フィードバック制御を実行している際に第１補助係数ＦＳＥ１を所定時間内において所定の減量割合つまり減量率で減少させるためのフィードバック減量値ＫＦＳＥＤＦＢが設定してある。これは、第３補助係数ＦＳＥ３及び第２補助係数ＦＳＥ２が第１補助係数ＦＳＥ１より大きな値をとる期間つまり始動後増量補正係数ＦＳＥとして採用される期間が、空燃比フィードバック制御の制御条件の一つである始動後の経過時間より短いため、制御条件が成立する時点においては、第１補助係数ＦＳＥ１が始動後増量補正係数ＦＳＥの設定のための補助係数となるためである。したがって、基本減量値の設定によっては、第３補助係数ＦＳＥ３及び第２補助係数ＦＳＥ２についても、フィードバック減量値を設定するものであってよい。この実施の形態におけるフィードバック減量値ＫＦＳＥＤＦＢは、第１補助係数ＦＳＥ１の基本減量値ＫＦＳＥＤ１より小さく、かつ後述する空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦの所定の減量率より小さく設定してある。
【００１７】
まず、ステップＳ１では、空燃比フィードバック制御中であるか否かを判定し、空燃比フィードバック制御中である場合はステップＳ２に進み、そうでない場合はステップＳ３に移行する。空燃比フィードバック制御は、所定の制御条件を満たす運転状態になった場合に開始する。すなわち、制御条件としては、例えば始動後所定時間が経過した、フューエルカット中でない、パワー増量を実行していない、圧力センサ３が正常である、Ｏ2 センサ６が活性している、等である。
【００１８】
空燃比フィードバック制御が成立した場合には、ステップＳ２において、現在の運転状態における空燃比Ａ／Ｆがリッチであるか否かを判定し、リッチである場合はステップＳ４に進み、そうでない場合はメインルーチンに戻る。空燃比Ａ／Ｆの判定は、Ｏ2 センサ６が活性していることにより出力されるＯ2 センサ６からの出力信号ｅにより行うものである。Ｏ2 センサ６の活性化判別は、この分野で知られている各種の方法を採用するものであってよい。ステップＳ３では、空燃比フィードバック制御中ではないので、第１補助係数ＦＳＥ１により設定される始動後増量補正係数ＦＳＥを、前回の第１補助係数ＦＳＥ１から基本減量値ＫＦＳＥＤ１を減算し、その結果得られた値を新たに第１補助係数ＦＳＥ１として設定し、その第１補助係数ＦＳＥ１により始動後増量補正係数ＦＳＥが設定される。ステップＳ４では、前回の第１補助係数ＦＳＥ１からフィードバック減量値ＫＦＳＥＤＦＢを減算してその計算結果を今回の第１補助係数ＦＳＥ１として設定する。以上のステップは、始動後に移行してから、所定時間毎例えば３２ミリ秒毎に繰り返して実行する。したがって、始動後増量補正係数ＦＳＥは、一定時間毎に基本減量値ＫＦＳＥＤ１又はフィードバック減量値ＫＦＳＥＤＦＢ分小さくなった値に設定されるものである。
【００１９】
このような構成において、エンジン１００が始動され、エンジン回転数が所定回転数を上回って始動後を判定すると、その時のエンジン冷却水温により第１、第２及び第３補助係数ＦＳＥ１，ＦＳＥ２，ＦＳＥ３の初期値が設定され、その時点で最大値となる第３補助係数ＦＳＥ３により始動時増量補正係数ＦＳＥを設定する。この後、エンジン１００の運転状態が空燃比フィードバック制御の制御条件を満たしていない場合は、時間の経過とともに、第１、第２及び第３補助係数ＦＳＥ１，ＦＳＥ２，ＦＳＥ３から基本減量値を減算して、減算後の値が最大である補助係数を始動後増量補正係数ＦＳＥに設定する。それぞれの補助係数ＦＳＥ１，ＦＳＥ２，ＦＳＥ３は、初期値及び基本減量値が異なっていることから、図３に示すように、始動後に移行した直後からしばらくは第３補助係数ＦＳＥ３により始動後増量補正係数ＦＳＥが設定され、それ以降は空燃比フィードバック制御が開始されるまでの間にあっては、順次第２補助係数ＦＳＥ２、第１補助係数ＦＳＥ１により始動後増量補正係数ＦＳＥが設定されるものである。
【００２０】
このようにして始動後増量補正係数ＦＳＥにより基本噴射時間を補正している間に、始動後の時間が経過して空燃比フィードバック制御の制御条件が成立すると、始動後増量補正係数ＦＳＥによる燃料量の増量補正を実行するとともに、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦにより基本噴射時間の補正を実行する。空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦは、検出したエンジン１００の運転状態における空燃比Ａ／Ｆがリッチである場合には、噴射する燃料量を減少させるように所定の減量率で減少され、空燃比Ａ／Ｆがリーンである場合には燃料量を増加させるように所定の増加率で増加される。このように、空燃比フィードバック制御にあっては、検出した実際の空燃比Ａ／Ｆと目標空燃比との差に基づいて空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦを設定し、空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦにより燃料量を補正することにより、空燃比Ａ／Ｆが目標空燃比となるように制御するものである。
【００２１】
この空燃比フィードバック制御において、Ｏ2 センサ６からの出力信号ｅにより空燃比Ａ／Ｆがリッチであると判定した場合（ステップＳ２）には、ステップＳ３に移行して、第１補助係数ＦＳＥ１からフィードバック減量値ＫＦＳＥＤＦＢを減算して、その減算結果を第１補助係数ＦＳＥ１として始動後増量補正係数ＦＳＥを設定する。フィードバック減量値ＫＦＳＥＤＦＢは、第１補助係数ＦＳＥ１の基本減量値ＫＦＳＥＤ１より小さな値に設定してあるため、空燃比フィードバック制御中の空燃比Ａ／Ｆがリッチである場合における始動後増量補正係数ＦＳＥの減量率は、空燃比フィードバック制御中でない、つまりオープン制御を行っている場合に比べて小さくなる。
【００２２】
一方、空燃比フィードバック制御及び始動後減量補正係数ＦＳＥによる減量により、空燃比Ａ／Ｆがリーンになり、ステップＳ２において、空燃比Ａ／Ｆがリーンであると判定した場合は、第１補助係数ＦＳＥ１の減算を行わないので、始動時増量補正係数ＦＳＥは前回計算された値に維持される。つまり、この実施の形態においては、空燃比Ａ／Ｆがリーンであることを検出すると、始動後増量補正係数ＦＳＥの減量率を０にするものである。この場合、始動後増量補正係数ＦＳＥの減量率は、フィードバック減量値ＫＦＳＥＤＦＢより小さい値であればよく、０である必要はなく、場合によっては第１補助係数ＦＳＥ１に所定の値を加算することにより、第１補助係数ＦＳＥ１の値が大きくなるようにつまり所定の増加率で増加するように設定するものであってもよい。このように、空燃比Ａ／Ｆがリッチである場合に比べて、リーンである場合に減量率を小さくすることにより、始動後増量補正係数ＦＳＥによる減量で空燃比Ａ／Ｆが大きくリーンになることを効果的に防止することができる。
【００２３】
このように、始動後増量補正係数ＦＳＥによる燃料量の増量補正が完了する前に空燃比フィードバック制御を実行するので、オープン制御による制御時間を短縮することができ、その間のエミッションの総量を減少させることができる。
【００２４】
また、始動後増量補正係数ＦＳＥの減少により燃料噴射量が減少し、かつ空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦが空燃比Ａ／Ｆのリッチ判定により減少するが、始動後増量補正係数ＦＳＥによる燃料噴射量の減量割合が空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦのものより小さいために、空燃比Ａ／Ｆが急激にリーンになることがない。それゆえ、一旦空燃比Ａ／Ｆがリーンになり、空燃比フィードバック制御によりそのリーン状態から空燃比Ａ／Ｆをリッチ側にするために空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦが増加されて、空燃比Ａ／Ｆが大きくリーン側とリッチ側とに変化する状態を繰り返すハンチング状態になることを防止することができ、迅速に目標空燃比になるようにすることができる。
【００２５】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではない。
【００２６】
上記実施の形態においては、第１補助係数ＦＳＥ１からフィードバック減量値ＫＦＳＥＤＦＢを一定時間毎のタイミングにおいて減算して減量したが、この減算を実行する減算タイミングを変えることにより、第１補助係数ＦＳＥ１の減量割合を減少させるものであってもよい。すなわち、減算タイミングは、上記一定時間自体を長くすることにより、あるいは一定時間ごとに設定されたものを間引いて、例えば２回に一度のタイミングに設定することにより、変更するものであってよい。
【００２７】
その他、各部の構成は図示例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、始動後増量中にフィードバック制御のための所定条件を満たす運転状態となった場合に、始動後増量の所定時間内の減量割合は、空燃比フィードバック制御における燃料量の所定時間内の減量割合よりも小さくして、燃料量の制御を継続するので、空燃比フィードバック制御によりリーン側に制御しても、空燃比が急速に大きくリーン傾向に移行することを確実に防止することができる。したがって、オープン制御から空燃比フィードバック制御へ移行する時間を短縮することができるとともに、空燃比フィードバック制御によりリッチ側とリーン側とに交互に空燃比が大きく変化するつまりハンチング状態となることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態を示す概略構成説明図。
【図２】同実施の形態の概略制御手順を示すフローチャート。
【図３】同実施の形態の作用説明図。
【符号の説明】
１…燃料制御弁
２…カムポジションセンサ
３…圧力センサ
４…アイドルスイッチ
５…水温センサ
６…Ｏ2 センサ
７…電子制御装置
７ａ…中央演算処理装置
７ｂ…メモリ
７ｃ…入力インターフェース
７ｄ…出力インターフェース
【図１】
0004034531.tif 000002
【図２】
0004034531.tif 000003
【図３】
0004034531.tif 000004