JP2003003891A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】始動後増量補正を行う場合、フィードバック制
御を始動後増量が終了するまで禁止すると、フィードバ
ック制御の開始までの時間が長くなり、エミッションの
悪化を改善するのが困難であった。 【解決手段】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、それ以降の始
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。

Description

【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、それ以降の始動後増
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１
００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Ｆ
ＳＥ１，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，ＦＳＥ
２，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，ＦＳ
Ｅ３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，ＦＳ
Ｅ２，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ＦＳＥ
１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ＦＳ
Ｅ１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，ＦＳＥ
３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ＦＳＥ
１，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Ｆ
ＳＥに設定する。それぞれの補助係数ＦＳＥ１，ＦＳＥ
２，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１
００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Ｆ
ＳＥ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ＦＳＥ
１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

フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G084 BA09 BA13 CA01 DA10 EA07 EA11 EB08 EB16 FA11 FA29 FA38 FA39 3G301 JA06 JA21 KA01 MA01 NA08 NB15 NC02 NC08 ND12 ND15 ND41 NE01 NE08 NE13 NE15 NE23 PA07Z PA14Z PD03Z PD05Z PE01Z PE03Z PE05Z PE08Z

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【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、それ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。
2. 【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
   小さくな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。