JP2004197693A

JP2004197693A - 内燃機関の空燃比制御装置

Info

Publication number: JP2004197693A
Application number: JP2002369267A
Authority: JP
Inventors: Kengo Kubo; 賢吾久保
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-12-20
Filing date: 2002-12-20
Publication date: 2004-07-15

Abstract

【課題】空燃比センサが活性化する前のオープンループ制御中における空燃比を、目標空燃比により近づけるようにする。
【解決手段】内燃機関の冷間始動後、アイドル回転数制御によって機関回転数Ｎｅが目標アイドル回転数Ｎｅｔ近傍に維持される。フィードバック制御開始時間Ｔ５までは、燃料噴射量は主に冷却水温に基づいてオープンループ制御され、時間Ｔ５から空燃比センサを用いたクローズドループ制御が開始される。温度Ｔ４で空燃比センサの活性化が検出されたら、そのときの空燃比センサの出力からオープンループ制御中の空燃比を検出し、目標空燃比との偏差を求める。この偏差が小さくなる方向に、オープンループ制御の際の空燃比補正係数ＴＦＢＹＡを学習補正する。これにより次回始動後のオープンループ制御の際には、空燃比が目標空燃比に近くなる。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、排気系に空燃比センサを備えた内燃機関の空燃比制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の排気系に空燃比センサ（単純な酸素センサもしくは広域型空燃比センサなど）を備え、この空燃比センサによって検出される排気成分に基づいて、例えば燃料噴射量を増減変化させることで、内燃機関の空燃比を目標空燃比例えば理論空燃比にクローズドループ制御する空燃比制御装置が知られているが、この種の空燃比制御装置においても、内燃機関の始動直後の空燃比センサが未だ活性状態とならない間は、例えば燃料噴射量を冷却水温などのパラメータに基づいてオープンループ制御するのが一般的である。
【０００３】
なお、特許文献１には、空燃比センサの未活性時に、シリンダ内のイオンの量に応じたイオン電流を測定し、このイオン電流に基づいて空燃比を検出することで、空燃比センサ活性前からクローズドループ制御を行うようにした空燃比制御装置が開示されているが、これは一般的な技術ではない。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−５４９４２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、空燃比センサが活性化するまでの間、水温等のパラメータに基づいて空燃比をオープンループ制御する場合に、一般に、冷機時の燃焼不安定性や燃料成分のばらつきなどを考慮して、本来必要な目標の空燃比よりも、よりリッチな空燃比となるように、その制御特性が設定されている。つまり、個体差や燃料のばらつきがあっても、アイドル不調や機関の停止に至らないように、比較的大きな安全率を見て、余分にリッチ側に設定されている。従って、ＨＣの増加など排気組成の悪化を招来する可能性がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明が対象とする内燃機関の空燃比制御装置は、内燃機関の排気系に設けられた空燃比センサと、内燃機関の始動後に上記空燃比センサが活性化したことを判定する活性化判定手段と、この空燃比センサが活性化するまでの間、内燃機関の空燃比を目標空燃比に沿ってオープンループ制御する第１の空燃比制御手段と、上記空燃比センサの活性化後、内燃機関の空燃比を目標空燃比に沿ってクローズドループ制御する第２の空燃比制御手段と、を備えている。上記第１の空燃比制御手段は、例えば、機関低温時に、水温に基づいて設定される空燃比補正係数によって燃料噴射量をオープンループ制御する。なお、空燃比センサとしては、理論空燃比に対しリッチであるかリーンであるかのみを検出し得る酸素センサ、あるいは、空燃比をリニアに検出し得る広域型空燃比センサのいずれであってもよい。
【０００７】
そして、本発明では、上記空燃比センサが活性化したと判定したときに検出された空燃比とそのときの目標空燃比との偏差を求め、この偏差に基づいて上記第１の空燃比制御手段におけるオープンループ制御の制御特性を学習補正する。例えば、上記偏差に基づいて、水温に対する空燃比補正係数の特性を学習補正する。
【０００８】
上記の偏差が小さくなる方向にオープンループ制御の制御特性を補正することで、次回の始動後のオープンループ制御の際に、本来の目標空燃比により近い空燃比が与えられる。つまり、オープンループ制御中の過度のリッチ化が抑制され、個体差や燃料成分を反映した制御特性となる。
【０００９】
【発明の効果】
この発明に係る内燃機関の空燃比制御装置によれば、空燃比センサが活性化する前のオープンループ制御中における過度のリッチ化が抑制され、ＨＣ排出量を低減することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１１】
図１は、この発明に係る空燃比制御装置の一実施例を示す構成説明図であって、内燃機関本体１の燃焼室に臨むように燃料噴射弁４が設けられているとともに、点火プラグ５を備えている。上記燃料噴射弁４は、エンジンコントロールユニット１１からの噴射パルス信号によって開弁し、そのパルス幅に比例した量の燃料を噴射供給する。なお、このような筒内直噴型ではなく、吸気ポートへ向けて燃料を噴射するポート噴射型とすることもできる。内燃機関本体１の吸気通路２には、吸入空気量を可変制御するスロットル装置３が介装されているとともに、これよりも上流側に、吸入空気量を検出するエアフロメータ１３が設けられている。上記スロットル装置３は、電動モータ等からなるアクチュエータ３Ａを備えたいわゆる電子制御スロットル弁であり、図示せぬアクセルペダルに対し設けられるアクセル開度センサ１４からのアクセル開度信号に基づいて、上記エンジンコントロールユニット１１によって、その開度が制御される。
【００１２】
内燃機関本体１の排気通路６には、三元触媒を用いた触媒コンバータ７が介装されており、その上流側に、排気空燃比を検出するために、空燃比センサ１６が配設されている。この実施例では、空燃比センサ１６として、リーン領域からリッチ領域まで連続的に出力が変化する広域型空燃比センサが用いられているが、前述したように、単純な酸素センサを用いることも可能である。また、始動後早期に活性化するように、電気ヒータを内蔵したいわゆるヒータ付空燃比センサとして構成されている。
【００１３】
また、内燃機関本体１には、クランクシャフトの回転に基づいてＲｅｆ信号（基準位置信号）ならびにＰｏｓ信号（１°信号）を出力するクランク角センサ１２と、冷却水温を検出する水温センサ１５と、が設けられている。上記エンジンコントロールユニット１１は、上記のクランク角センサ１２、エアフロメータ１３、水温センサ１５等の検出信号に基づいて基本噴射パルス幅Ｔｐを算出するとともに、空燃比センサ１６の検出信号に基づいて、空燃比のクローズドループ制御を行う。すなわち、主に吸入空気量および機関回転数から基本噴射パルス幅Ｔｐを求めるとともに、上記空燃比センサ１６の検出信号に基づくＰＩ制御等によって空燃比補正係数ＴＦＢＹＡを逐次算出し、上記基本噴射パルス幅Ｔｐに上記空燃比補正係数ＴＦＢＹＡを乗じて、最終的な噴射パルス幅Ｔｉつまり燃料噴射量を決定する。この空燃比フィードバック制御により、実際の空燃比は、目標空燃比を中心として周期的に振れるように変動することになる。一方、機関の冷間始動後、空燃比センサ１６の温度が上昇して活性化するまでの間は、上記空燃比補正係数ＴＦＢＹＡが冷却水温を含むパラメータに応じて設定され、空燃比つまり燃料噴射量がオープンループ制御される。
【００１４】
図２は、内燃機関の冷間始動後の空燃比等の時間的な変化を示したタイムチャートであり、以下、これに基づいて、本願発明の学習補正を説明する。図の経過時間は、スタータモータによるクランキングの開始からの時間を示しており、時間Ｔ３までクランキングが行われて、自立運転に移行する。機関回転数Ｎｅは、始動に伴って急激に上昇し、クランキング終了後の時間Ｔ１においてピーク回転数に達した後、下降に転じる。自立運転開始後、クローズドループ方式による公知のアイドル回転数制御が開始されるので、時間Ｔ２付近で目標アイドル回転数Ｎｅｔに収束する。なお、このアイドル回転数制御は、実際の機関回転数の検出に基づき、点火時期の遅進および吸入空気量の増減を行うことによって、アイドル回転数を上昇，下降させ、目標アイドル回転数Ｎｅｔに保つようにしている。
【００１５】
一方、燃焼室における実際の空燃比は、始動時には、クランキング用の噴射量が与えられることから大幅なリッチとなり、その後、目標空燃比に沿うようにオープンループ制御される。但し、このオープンループ制御中は、前述したように、安全率を見込んで、目標空燃比よりもある程度リッチに保たれる。時間Ｔ５は、始動からの経過時間として予め定めたフィードバック制御開始時間であり、この時点から空燃比がクローズドループ制御されるので、空燃比は速やかに目標空燃比（例えば理論空燃比）に収束する。
【００１６】
前述したように、空燃比補正係数ＴＦＢＹＡは、クローズドループ制御中には、空燃比センサ１６が検出する実際の排気空燃比に基づいて求められるが、オープンループ制御中には、主に冷却水温に応じて設定される。図２の例では、始動後、冷却水温が徐々に上昇するので、これに伴って、オープンループ制御中の空燃比補正係数ＴＦＢＹＡが実線で示すように徐々に低下していく。
【００１７】
図２の最下段は、空燃比センサ１６の出力値を示しているが、機関の始動後、その出力変化から空燃比センサ１６が活性化したか否かが判定され、時間Ｔ４において、活性と判定される。上記のフィードバック制御開始時間Ｔ５は、この空燃比センサ１６が活性化する時間Ｔ４を越えるように設定されており、フィードバック制御開始時間Ｔ５においては、空燃比センサ１６が既に活性化している。
【００１８】
従って、時間Ｔ４〜Ｔ５の間は、既に空燃比センサ１６が活性化しているものの、空燃比がオープンループ制御されている期間であり、このときの空燃比センサ１６の検出信号からオープンループ制御中の空燃比を検出することができ、ひいては目標空燃比からの空燃比の片寄りつまり偏差を求めることができる。そして、この偏差に基づいて、該偏差が小さくなる方向に、オープンループ制御時の水温に対する空燃比補正係数ＴＦＢＹＡを学習補正するのである。図の例では、空燃比センサ１６が活性化したときに検出された空燃比が目標空燃比よりも大幅にリッチなものとなっている。そのため、この検出空燃比と目標空燃比との偏差に基づく学習補正により、次回のオープンループ制御時の水温に対する空燃比補正係数ＴＦＢＹＡが、破線で示すように、より小さな値として設定され、この結果、次回の始動後のオープンループ制御中の空燃比が、目標空燃比により近いものとなる。
【００１９】
図３は、上記の時間Ｔ４つまり空燃比センサ１６の活性化が検出されたときに開始される学習補正制御のフローチャートを示している。まずステップ１で現在の機関回転数Ｎｅを検出するとともに、ステップ２で、目標アイドル回転数Ｎｅｔと現在の回転数Ｎｅとの偏差ΔＮｅを求める。そして、ステップ３で、この偏差ΔＮｅの絶対値が所定の許容値ΔＴＮｅ以下であるか判定し、許容値ΔＴＮｅを越えている場合には、学習補正をせずにルーチンを終了する。つまり、これはアイドル回転数制御により実際の回転数Ｎｅが目標アイドル回転数Ｎｅｔ近傍に十分に収束しているか確認しており、収束していない場合には、何らかの異常があるとして、学習補正を行わない。
【００２０】
目標アイドル回転数Ｎｅｔ近傍に収束していれば、ステップ４へ進んで、そのときの冷却水温ＴＷＮを検出し、かつステップ５で、空燃比センサ１６の検出信号からそのときの空燃比ＡＢＦを検出する。そして、ステップ６で、この時点における目標空燃比ＴＡＢＦと実際の空燃比ＡＢＦとの偏差ΔＡＢＦを算出し、ステップ７で、次式により、次回のオープンループ制御の際の補正係数ＴＦＢＹＡ_NEXTを求める。
【００２１】
【数１】
ＴＦＢＹＡ_NEXT＝ＴＦＢＹＡ−ｋ×ΔＡＢＦ／ＴＡＢＦ
ここで、ｋは、ステップ４で検出した冷却水温ＴＷＮに応じて設定される水温補正項であり、１以下の値となる。
【００２２】
次回の始動後のオープンループ制御の際には、上記のように学習補正された補正係数ＴＦＢＹＡが冷却水温に応じて逐次与えられ、前述したように、基本噴射パルス幅Ｔｐに補正係数ＴＦＢＹＡを乗じたものとして燃料噴射量Ｔｉがオープンループ制御される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る空燃比制御装置の一実施例を示す構成説明図。
【図２】冷間始動後の空燃比等の変化を示すタイムチャート。
【図３】学習補正制御のフローチャート。
【符号の説明】
４…燃料噴射弁
１１…エンジンコントロールユニット
１６…空燃比センサ

Claims

内燃機関の排気系に設けられた空燃比センサと、内燃機関の始動後に上記空燃比センサが活性化したことを判定する活性化判定手段と、この空燃比センサが活性化するまでの間、内燃機関の空燃比を目標空燃比に沿ってオープンループ制御する第１の空燃比制御手段と、上記空燃比センサの活性化後、内燃機関の空燃比を目標空燃比に沿ってクローズドループ制御する第２の空燃比制御手段と、を備えてなる内燃機関の空燃比制御装置において、
上記空燃比センサが活性化したと判定したときに検出された空燃比とそのときの目標空燃比との偏差を求め、この偏差に基づいて上記第１の空燃比制御手段におけるオープンループ制御の制御特性を学習補正することを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
上記第１の空燃比制御手段は、機関低温時に、水温に基づいて設定される空燃比補正係数によって燃料噴射量をオープンループ制御するものであり、上記偏差に基づいて、水温に対する空燃比補正係数の特性を学習補正することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
上記の学習補正が、内燃機関のアイドル回転数制御実行中である間に行われることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
空燃比センサが活性化したと判定したときに、内燃機関の回転数が目標アイドル回転数に収束していることを条件として学習補正を行うことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の空燃比制御装置。