JP2004293343A

JP2004293343A - Air-fuel ratio control system

Info

Publication number: JP2004293343A
Application number: JP2003083720A
Authority: JP
Inventors: Kyotaro Nishimoto; 京太郎西本
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2003-03-25
Filing date: 2003-03-25
Publication date: 2004-10-21

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an air-fuel ratio control system for easily grasping the cause when causing abnormality of engine speed control such as reducing output of an engine and performing control for properly reducing a deviation between a moving average engine speed increasing with the lapse of time and a target engine speed and a deviation between an actual engine speed and the target engine speed. <P>SOLUTION: An ECU 10 (an electronic control device) calculates the deviation on the basis of the actual engine speed of the engine 50 acquired from an engine speed sensor 44 and the target engine speed, and also calculates an engine speed deviation integral value being a moving average value of the calculated deviation. Then, the ECU 10 determines whether or not the calculated engine speed deviation integral value is a threshold value or less predetermined in the ECU 10. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料制御弁、スロットル弁、燃料増量弁、空燃比センサ、及び制御手段を具備するガスエンジンの空燃比制御システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、図１に示すようなガスエンジンの一例であるエンジン６０に供給される混合気を制御するための空燃比制御システムがある。
図１に示す従来の空燃比制御システムに関するハードウェアの概略構成について簡単に説明する。
先ず、ベンチュリ２３がエアクリーナ３０を介して空気を取り入れる吸気通路に配置され、該ベンチュリ２３部分を通過するときに発生する負圧を利用して燃料が吸入されて、該空気と燃料との混合気を生成する。
上記ベンチュリ２３に供給される燃料は燃料制御弁２２によってその量が調節される。具体的には、燃料制御弁２２が具備するアクチュエータとしてのステッピングモータを制御手段の一例であるＥＣＵ１０（電子制御装置）で制御することによって該燃料の量を調節している。
尚、燃料制御弁２２を通過してベンチュリ２３に燃料を供給する系統の他に、固定弁２１を通過してベンチュリ２３に燃料を供給する系統がある。
ベンチュリ２３で生成された混合気はスロットル弁２５に到達し、該スロットル弁２５の開度によって、スロットル弁２５を通過する混合気の流量が変化する。
具体的には、スロットル弁２５の開度が開くことによって混合気の流量が増加し、他方該開度が閉じることによって混合気の流量が減少する。
更に、スロットル弁２５の下流側（エンジン６０側）には、燃料増量弁２７によって調節された燃料が供給される。
この燃料増量弁２７が設けられる目的は以下である。
一般的に、スロットル弁２５の開度が全開に近づくと、混合気の流路の断面積の変化量が鈍化するため、スロットル弁２５を通過する「混合気の流量」の増加量（変化量）が鈍化する特性がある。（即ち、混合気の流路の正味の断面積は、混合気の流路となる管の全段面積からスロットル弁２５の弁体の断面積面に対する射影像の面積を引いたものである。）
そのため、「混合気の流量」の増加量が鈍化することによって、エンジン６０へ供給する「混合気中の燃料量」も抑制される。
即ち、スロットル弁２５の開度が全閉から中程度であると、線形性（スロットル弁２５の開度と「混合気中の燃料量」とが比例する）を示すが、中程度から全開の領域では該線形性が失われて非線形特性となることが一般に知られている。
つまり、スロットル弁２５の開度を大きくしても、エンジン出力があまり伸びなくなってしまう。
【０００３】
そこで、上記非線形特性となる領域（上述のスロットル弁２５の開度が中程度から全開）において、混合気に燃料を補うことによって混合気中の燃料量が近似的に線形性を示すように、上記燃料増量弁２７をスロットル弁２５の下流側に設けている。
つまり、スロットル弁２５の開度が中程度になったときに、連動して燃料増量弁２７の開度が開くことによって、混合気に燃料を補うことで「混合気中の燃料量」を近似的に線形性となるように補償することが可能となる。
このような制御を行っている従来の空燃比制御システムの具体例としては下記特許文献１、２に示すものがある。
また、このように含有する燃料量が制御された混合気は、エンジン６０のシリンダ４０内に吸入弁４１を介して吸入され、吸入弁４１及び排気弁４２が閉じた状態でピストン４５によって圧縮されて点火プラグ４３による点火によって爆発する。そして、このピストン４５の昇降によりクランク軸が回転され、その回転数が回転数センサ４４により検知され、ＥＣＵ１０に入力される。
上記爆発後の排気は排気弁４２を介して排出される。このとき排気ガス中の空燃比（一般的に酸素）を計測するのが空燃比センサ５０であり、ＥＣＵ１０はこの空燃比センサ５０の検出結果に基づいて、シリンダ４０に吸入される混合気の空燃比を算出することを可能にしている。
【０００４】
ところで、エンジン６０の出力の一例である回転数は、実際には図２に示すような挙動を示しており、特に図２はある短い期間におけるエンジン６０の回転数の挙動の一例を示したものである。
図２中の各曲線ついて以下に説明する。
「実回転数」とは、エンジン６０が実際に出力した出力回転数を示している。
「移動平均回転数」とは、「ある時点」から予めＥＣＵ１０に定められる所定の時間分だけ遡った過去までの実回転数の移動平均値のことであり、図２においては該移動平均回転数を該「ある時点」にプロットしたものである。
実際には、ＥＣＵ１０は上記「実回転数」を得た時点で直ちに上記移動平均回転数を算出することによって、該実回転数を得た時点における移動平均値を算出している。
尚、上記「所定の時間」とは、予めＥＣＵ１０の動作プログラム等に規定されるものであっても良く、エンジン６０等の仕様に応じて開発段階等において予め定められるものである。
また、上記移動平均回転数の算出における上記所定の時間を無限にした場合の極限値が所謂定常偏差とも言える。
更に、図２には、ＥＣＵ１０が行う制御における目標値の一例である「目標回転数」がプロットされている。
【０００５】
次に図２を用いて上記各曲線が示す意味について説明する。
この図２に示しているように、例えば、実回転数が目標回転数の下側（即ち、回転数が低い）で推移している場合について考える。
上記図２より、実回転数と目標回転数との間には偏差（即ち、▲１▼の領域）が生じているので該２つの曲線は乖離している。
そのため、移動平均回転数と目標回転数との間にも偏差（即ち、▲１▼＋▲２▼の領域）が生じているので該２つの曲線は乖離している。
また、実回転数は移動平均回転数を基準に振動（即ち、▲２▼若しくは▲３▼の領域）している。この場合も実回転数が移動平均回転数を基準に増減しているので、偏差が生じて乖離していると言える。
また、このような乖離は、上述とは異なって、目標回転数及び移動平均回転数が目標回転数の上側を推移している場合であっても発生する現象である。
一般的には、エンジン６０の制御精度が高く安定的な正常作動状態にある場合は、実回転数の移動平均回転数に対する振幅は小さく（即ち、▲２▼若しくは▲３▼の領域が小さい）、しかも移動平均回転数と目標回転数との間の偏差も小さい（即ち、▲１▼＋▲２▼の領域が小さい）ことが知られている。
逆に、該振幅及び該偏差が大きくなった場合は、上記制御系に何らかの問題が発生して制御精度が低くなりエンジン６０回転が不安定になる。
従来は、特に移動平均回転数を基準に振動する実回転数の振幅を抑制することによって（即ち、実回転数の増減の幅を抑制することによって）、エンジン６０の実回転数を一定の回転数で回転させる制御が行われてきた。
具体的には、ＥＣＵ１０は、▲２▼の領域と▲３▼の領域との合計面積若しくは最大振幅を算出し、該算出した合計面積若しくは最大振幅を小さくするような制御を行ってきた。
このような制御を行う空燃比制御システムの具体例としては、下記特許文献１、２に示されるような技術がある。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２９５２９９号公報
【特許文献２】
特開平６−３４１３３５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来の空燃比制御システムでは、移動平均回転数に対する実回転数の振動を抑制する制御を行うことは可能であるが、経時的に増大する移動平均回転数と目標回転数との偏差及び実回転数と目標回転数との偏差を適切に小さくする制御を行うものではなかった。
【０００８】
ところで、上記移動平均回転数と目標回転数との偏差（即ち、▲１▼＋▲２▼の領域）及び実回転数と目標回転数との偏差（即ち、▲１▼の領域）は、エンジンの経時的な変化によって次第に増大することは一般的に知られている。
この経時変化とは、具体的には、シリンダ４０、ピストン４５、吸入弁４１、排気弁４２、点火プラグ４３、固定弁２１、燃料制御弁２２、ベンチュリ２３、スロットル弁２５、燃料増量弁２７、エアクリーナ３０、回転数センサ４４、空燃比センサ５０、その他の各種センサ、吸気及び排気マニホールド等の各部位において、エンジン６０が作動することによって発生する摩耗、汚れ、劣化等による変化のことである。
このような経時変化は図１に示す空燃比制御システムにおける諸元や特性等を漸次変化させる要因となるので、該経時変化の進行によって、空燃比制御システムの全体の特性は製造当初の特性とは異なるものになってしまう。
そのため、ＥＣＵ１０が、回転数センサ４４、空燃比センサ５０、その他の各種センサ等の検出結果に応じて、当該ＥＣＵ１０内部に記憶するデータを抽出して演算しても、該演算結果が経時変化した状態の空燃比制御システムには合わないので、制御結果（実回転数）と目標値との間に偏差が生じると共に時間が経過すると該偏差も大きくなってしまう。
【０００９】
例えば、特に空燃比センサ５０が経時変化若しくは故障等によって、実際の排気ガスの空燃比とは異なる検出結果を出力することがある。
即ち、実際の排気ガスの空燃比と該空燃比センサ５０の検出結果との間に偏差が生じることがある。
このような場合の具体例としては、空燃比センサ５０が、実際の排気ガスの空燃比に比べてリッチ（即ち、「混合気中の燃料量が多い」又は「濃い混合気」）寄りの検出結果を出力した場合に、ＥＣＵ１０は該検出結果に基づいて混合気をリーン（即ち、「混合気中の燃料量が少ない」又は「薄い混合気」）にするための制御処理を実行してしまう。
その結果、吸気側で生成される混合気の空燃比が適切な場合の空燃比に比べてリーン側に偏った混合気になってしまい、しかも該リーンな状態は、空燃比センサ５０がリッチ寄りに偏って検出する間は継続することになる。
このように混合気がリーン状態になると、シリンダ４０内で混合気が爆発しない「失火」が多発したり、或いは、混合気中の燃料量不足によるエンジン６０の出力（回転数）が低下することが一般的に知られている。
【００１０】
また、シリンダ４０内の混合気が爆発しない別の原因としては、単に点火プラグ４３自体の経時変化若しくは故障等による点火系異常が考えられる。
しかしながら、従来の技術では、シリンダ４０内の混合気が爆発しない原因が、「空燃比センサ５０の経時変化等による誤検出による混合気のリーン化によるもの」か、「点火プラグ４３の経時変化等による点火不良によるもの」か、を判断することは不可能である。
そのため、エンジン６０の出力が低下するような回転数制御の異常が発生した場合に、ＥＣＵ１０が適切な制御を行うことが不可能であると共に、その原因究明の手間と時間が掛かる等の問題がある。
そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、経時的に増大する移動平均回転数と目標回転数との偏差及び実回転数と目標回転数との偏差を適切に小さくする制御を行うと共に、エンジンの出力が低下するような回転数制御の異常が発生した場合に、その原因を容易に把握できる空燃比制御システムを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１においては、空気と燃料との混合気を生成するベンチュリに供給する燃料の量を制御する燃料制御弁と、
上記混合気の量を制御するスロットル弁と、
上記スロットル弁を通過した混合気に燃料を供給するための燃料増量弁と、
上記燃料制御弁、上記スロットル弁、及び上記燃料増量弁を制御する制御手段と、
を具備する空燃比制御システムにおいて、
上記制御手段は、エンジンの目標回転数と実際の出力回転数との偏差を算出し、該算出した偏差に基づいて、上記混合気の空燃比及び上記エンジンの状態を評価することを特徴とする空燃比制御システムとして構成している。
【００１２】
請求項２においては、前記制御手段は、前記偏差を算出した後に更に該偏差の移動平均値を算出し、該算出した偏差の移動平均値に基づいて、前記混合気の空燃比及び前記エンジンの状態を評価してなる空燃比制御システムとして構成している。
【００１３】
請求項３においては、前記制御手段は、更に失火検知も加味して前記混合気の空燃比及び前記エンジンの状態を評価してなる空燃比制御システムとして構成している。
【００１４】
請求項４においては、前記制御手段は、前記失火検知の回数が予め定められる閾値以上で、且つ前記移動平均値が予め定められる閾値以上変化しない場合に、点火異常と判断してなる空燃比制御システムとして構成している。
【００１５】
請求項５においては、前記制御手段は、前記失火検知の回数が予め定められる閾値以下で、且つ前記移動平均値が予め定められる閾値以上変化した場合に、エンジンの経時変化が進行していると判断してなる空燃比制御システムとして構成している。
【００１６】
請求項６においては、前記制御手段は、前記失火検知の回数が予め定められる閾値以上で、且つ前記移動平均値が予め定められる閾値以上変化した場合に、空燃比をリッチに変化させ、その後前記失火検知の回数が予め定められる閾値以上で、且つ前記移動平均値が予め定められる閾値以上変化しない場合に、点火異常と判断してなる空燃比制御システムとして構成している。
【００１７】
請求項７においては、前記制御手段は、前記失火検知の回数が予め定められる閾値以上で、且つ前記移動平均値が予め定められる閾値以上変化した場合に、空燃比をリッチに変化させ、その後前記失火検知の回数が予め定められる閾値以下で、且つ前記移動平均値が予め定められる閾値以上変化しない場合に、空燃比制御の結果を記憶してなる空燃比制御システムとして構成している。
【００１８】
請求項８においては、前記制御手段は、前記空燃比制御の結果を、負荷毎若しくは回転数毎、又はその組み合わせと共に記憶してなる空燃比制御システムとして構成している。
【００１９】
請求項９においては、前記制御手段は、点火異常が検出された場合に、空燃比をリッチ側にする制御を行わない空燃比制御システムとして構成している。
【００２０】
請求項１０においては、制御手段は、前記失火検知の回数が予め定められる閾値以上になった場合に、点火プラグの点火エネルギー制限制御を停止してなる空燃比制御システムとして構成している。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
図１は本発明の実施の形態に係る空燃比制御システムの概略構成図（従来の空燃比制御システムの概略構成図も兼ねる）、図２はエンジン６０の回転数に関する諸量と時間との関係を示すグラフ、図３はＥＣＵ１０が行う一連の処理の一例を示すフローチャート、図４はＥＣＵ１０が行う一連の処理の一例を示すフローチャート、図５はエンジン６０の回転数、該回転数における混合気の空燃比、及び該回転数における負荷の大きさを示したグラフ、図６は点火プラグ４３の点火回路の一例を示した回路図である。
【００２２】
先ず、本発明の実施の形態に係る空燃比制御システムの概略構成について図１を用いて説明する。
本発明の実施の形態に係る空燃比制御システムのハードウェアの概略構成は、既に上述した空燃比制御システムと同様の構成を有しているが、再度ここで更に詳しく説明する。
先ず、エアクリーナ３０より取り入れた空気（外気）と、ガス、ガソリン等の燃料とを混合させることによって混合気を生成するミキサ２０について説明する。
ミキサ２０は、主として、ベンチュリ２３、燃料制御弁２２、固定弁２１、燃料増量弁２７、及びスロットル弁２５を具備して概略構成されるものである。
上記ベンチュリ２３は、エンジン６０の吸気によって発生する負圧を利用してエアクリーナ３０を介して空気を取り入れ、該空気と燃料との混合気を生成する。
上記ベンチュリ２３に供給される燃料は、燃料制御弁２２によってその量が調節される。
具体的には、燃料制御弁２２が具備するステッピングモータを、制御手段の一例であるＥＣＵ１０（電子制御装置）で制御することによって該燃料の量を調節している。
また、図１に示すように、ベンチュリ２３に燃料を供給する系統としては、上記燃料制御弁２２を通過する系統の他に固定弁２１を通過する系統がある。
この固定弁２１は、予め定められた量の燃料だけをベンチュリ２３に供給するためのものである。
したがって、固定弁２１の弁はＥＣＵ１０等によって制御されることなく、ミキサ２０の製造時若しくは据え付け時等のメンテナンス時に予め調整されるのみであり運用時は一定の開度で固定されるものである。
つまり、ＥＣＵ１０が燃料制御弁２２を制御することによって、ベンチュリ２３で生成される混合気中の空燃比を変化させることが可能となる。
このようにして生成された混合気は、スロットル弁２５に到達し、該スロットル弁２５の開度によってスロットル弁２５を通過する混合気の流量が変化する。
具体的には、スロットル弁２５の開度は上記ＥＣＵ１０によって制御され、スロットル弁２５の開度が開くことによって通過する混合気の流量が増加し、他方該開度が閉じることによって通過する混合気の流量が減少する。
更に、スロットル弁２５の下流側（エンジン６０側）には、燃料増量弁２７によって調節された燃料が供給される。
【００２３】
この燃料増量弁２７が設けられる目的は以下である。
一般的に、スロットル弁２５の開度が全開に近づくと、混合気の流路の断面積の変化量が鈍化するため、スロットル弁２５を通過する「混合気の流量」の増加量（変化量）が鈍化する特性がある。（即ち、混合気の流路の正味の断面積は、混合気の流路となる管の全断面積からスロットル弁２５の弁体の断面積面に対する射影像の面積を引いたものである。）
そのため、「混合気の流量」の増加量が鈍化することによって、エンジン６０へ供給する「混合気中の燃料量」も抑制される。
即ち、スロットル弁２５の開度が全閉から中程度であると、線形性（スロットル弁２５の開度と「混合気中の燃料量」とが比例する）を示すが、中程度から全開の領域では該線形性が失われて非線形特性となる。
つまり、スロットル弁２５の開度を大きくしても、エンジン出力があまり伸びなくなってしまう。
【００２４】
そこで、上記非線形特性となる領域（スロットル弁２５の開度が中程度から全開）において、混合気に燃料を補うことによって混合気中の燃料量が近似的に線形性を示すように、上記燃料増量弁２７をスロットル弁２５の下流側に設けている。
該燃料増量弁２７は、スロットル弁２５の開度が中程度から全開となるときに弁が開くように機械的に（歯車等を介して）スロットル弁２５と連動する構成となっている。
つまり、スロットル弁２５の開度が中程度になったときに、連動して燃料増量弁２７の開度が開くことによって、混合気に燃料を補うことで「混合気中の燃料量」を近似的に線形性となるように補償することが可能となる。
また、このように含有する燃料量が制御された混合気は、エンジン６０のシリンダ４０内に吸入弁４１を介して吸入され、吸入弁４１及び排気弁４２が閉じた状態でピストン４５によって圧縮されて点火プラグ４３による点火によって爆発する。
上記爆発後の排気は排気弁４２を介して排出される。このとき排気ガス中の空燃比を計測するのが空燃比センサ５０であり、ＥＣＵ１０はこの空燃比センサ５０の検出結果に基づいて、シリンダ４０に吸入される混合気の空燃比を算出することを可能にしている。
【００２５】
また、ＥＣＵ１０は、上記燃料制御弁２２、上記スロットル弁２５、及び上記燃料増量弁２７の開度をセンサ等を用いて検出すると共に、エンジン６０の回転数や空燃比センサ５０の出力値も併せて取得し、これらに基づいて、上記燃料制御弁２２、上記スロットル弁２５、及び上記点火プラグ４３を制御するための制御手段の一例である。
したがって、ＥＣＵ１０は、上記各部と通信する通信機能、上記制御に関するデータやプログラムの記憶機能、該データやプログラムを実行するための展開機能及び演算機能等を具備するものである。
具体的には、上記ＥＣＵ１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等がバスで接続される構成であっても良いし、或いは、ワンチップのＬＳＩ等で上記機能を全て具備する構成であっても良い。
【００２６】
上述のように構成されている本発明の実施の形態に係る空燃比制御システムは以下に説明する図３から図４に示す一連の処理を実行する。
この図３から図４のフローチャートに示される一連の処理を実行する実行主体の一例が上記ＥＣＵ１０である。
先ず、ＥＣＵ１０は、エンジン６０のシリンダ４０内に吸入された混合気が点火プラグ４３の点火によって爆発せずに失火しているか否かを判断し（即ち、失火検知）、該判断で失火していると判断された場合に、その失火検知の回数が、予めＥＣＵ１０に定められる所定の時間若しくは間隔において、予めＥＣＵ１０に定められる閾値以下の発生回数であるか否かについて判断する（Ｓ１０）。
尚、エンジン６０が多気筒であれば、ＥＣＵ１０は上記シリンダ４０に限らず他のシリンダにおける失火についても検知する。
上記ステップＳ１０における失火検知に関する判断処理は、従来より知られる手法によって行う。
この手法は、簡単に説明すると、例えばエンジン６０の気筒数が３気筒ととした場合に、該３気筒のうち１つのシリンダで失火が発生した後に別のシリンダで爆発が発生するまでの期間においては、エンジン６０の回転数は瞬間的に低下する現象を検出することによって失火を検知している。
勿論、失火がない場合であっても、あるシリンダで爆発した後に次のシリンダで爆発するまでの間はエンジン６０の回転数は低下するが、この回転数の低下は上記失火による回転数の低下と比較して軽度のものであるので、両者を判別することができる。
この場合に、ＥＣＵ１０は、特に上記回転数の低下の度合いを判別するために、回転数センサ４４若しくは他の専用センサによるセンシングを高クロックで行うことで、瞬間的には回転数低下の度合いを検出して比較判断することによって、上記判別を行っている。
更に、上記ステップＳ１０の判断において失火が検知された場合は、ＥＣＵ１０は、予めＥＣＵ１０に定められる所定の時間若しくは間隔において、失火検知の回数が予めＥＣＵ１０に定められる閾値以下であるか否かを判断している。
換言すれば、ＥＣＵ１０は、所定の期間（上記所定の時間若しくは間隔）において発生した失火検知回数が所定の回数（上記閾値）発生したか否かを判断している。つまり一定期間に発生した失火検知回数を判断している。
このステップＳ１０の判断で、失火検知回数が閾値以下であると判断された場合は処理がステップＳ３０へ移行し、他方、失火検知回数が閾値以下でない（閾値以上である）と判断された場合は処理がステップＳ３５へ移行する。
【００２７】
先ず、処理がステップＳ３０に移行した場合について説明する。
このステップＳ３０においては、ＥＣＵ１０は、回転数センサ４４より取得したエンジン６０の実回転数と目標回転数とに基づいて（図２参照）、実回転数と目標回転数との偏差を算出し、更に、該算出した偏差の移動平均値である回転数偏差積算値を算出する。
更に続けて、ＥＣＵ１０は、該算出した回転数偏差積算値が予めＥＣＵ１０に定められる閾値以下であるか否かについて判断する（Ｓ３０）。
このステップＳ３０における上記「回転数偏差積算値」とは、「ある時点」から予めＥＣＵ１０に定められる所定の時間分だけ遡った過去までの実回転数と目標回転数との偏差の移動平均値のことである。
実際には、ＥＣＵ１０は実回転数と目標回転数との偏差を算出することによって、該実回転数を得た時点における移動平均値を算出している。
尚、該「所定の時間」とは、予めＥＣＵ１０の動作プログラム等に規定されるものであっても良く、エンジン６０等の仕様に応じて開発段階等において予め定められるものである。
この回転数偏差積算値は、０であることが望ましいが実際には制御系に入る外乱、負荷変動による過渡応答、経時変化等によって通常０になるケースは少ないが、制御系の応答性や安定性を向上させることによって、その大きさを抑制することは可能である。
しかしながら、空燃比制御システムにおいて何らかの異常が発生した場合は、正常時とは異なって、回転数偏差積算値は大きな値となってしまうので、ステップＳ３０で述べたようにＥＣＵ１０に判断基準となる閾値を予め定めて記憶させておくことで、ＥＣＵ１０は回転数偏差積算値が該閾値以下か否かを上記ステップＳ３０で判断している。
このように、上記ステップＳ３０において、ＥＣＵ１０が該回転数偏差積算値の大きさを予め定められる閾値を基準として判断することで、エンジン６０等の劣化によって経時的に増大する回転数偏差積算値を用いて劣化具合等を評価することが可能になると共に、該回転数偏差積算値を抑制する制御を行うことが可能となる。
上記ステップＳ３０の判断で、回転数偏差積算値が閾値以下であると判断された場合は処理がステップＳ１００へ移行し、他方、回転数偏差積算値が閾値以下でない（閾値以上）と判断された場合は処理がステップＳ２００へ移行する。
【００２８】
＜ステップＳ１００の処理＞
ステップＳ１００に処理が移行する場合は、失火検知回数が少なく（ステップＳ１０）、回転数偏差積算値も閾値以下（抑制されている）と判断（ステップＳ３０）された場合であるので、上記ステップＳ１０、３０の時点における空燃比制御システムにおける空燃比制御が正常に精度よく実行されていると言える。
そこで、ＥＣＵ１０は、上記ステップＳ１０、Ｓ３０の時点における各部の制御内容（図１に示されるＥＣＵ１０の制御対象の制御内容）を記憶する（Ｓ１００）。
記憶内容の具体例としては、エンジン６０の回転数と、該回転数における混合気の空燃比と、該回転数における負荷の大きさと、の各々を対応させて図５（ａ）、（ｂ）に示すような３次元のマップとして記憶しても良い。
即ち、空燃比制御を行った結果を、負荷毎若しくはエンジン６０の回転数毎、又はその組み合わせと共に記憶するものである。
この場合、図５（ａ）は空燃比制御が正常に行われていない場合（後述するステップＳ２００〜Ｓ４００に移行した場合）のマップの一例を示している。
他方、図５（ｂ）は空燃比制御が正常に行われている場合（上記ステップＳ１００に移行した場合）のマップの一例を示している。
この図５において、マップ２００ａ、２００ｂは、エンジン６０の各回転数に対して理想的な制御を行うための空燃比及び負荷の大きさとの関係を示しており、このマップ２００ａ、２００ｂは開発製造時に予めＥＣＵ１０に記憶されるものであっても良い。
他方、マップ１００ａ、１００ｂは、実際にエンジン６０の作動状態におけるエンジン６０の各回転数に対して、実際に制御を行った結果の空燃比及び負荷の大きさとの関係を示している。
即ち、上記ステップＳ１００において記憶する内容は、上記マップ１００ａ、１００ｂのことである。
【００２９】
この図５（ａ）、（ｂ）において、特にエンジン６０が低回転高負荷時であって空燃比がリーンになると（部位１ａ、１ｂ）、マップ１００ａ、１００ｂはマップ２００ａ、２００ｂからリーン寄りに乖離する傾向があることが分かる。
また、部位１ａにおけるマップ１００ａとマップ２００ａとの乖離の大きさと、部位１ｂにおけるマップ１００ｂとマップ２００ｂとの乖離の大きさとを比較すると、部位１ａの乖離が部位１ｂと比べて大きいことが分かる。
つまり、ＥＣＵ１０に既に記憶されているマップが図５（ａ）に示す状態にある場合は、空燃比制御が正常に行われていないためであり、この場合には上記ステップＳ１０、Ｓ２０の判断によって、処理がステップＳ１００（マップの記憶）へ移行することなく他の処理（ステップＳ２００〜４００等）へ移行することになる。
他方、図５（ｂ）に示すマップは、部位１ｂにおけるマップ１００ｂとマップ２００ｂとの乖離も抑制されているので、空燃比制御が正常に精度よく行われている場合を示しているといえる。
したがって、処理がステップＳ１００に移行した場合に記憶されるマップは図５（ｂ）に示すようなものになる。
また、エンジン６０等の経時変化によってＥＣＵ１０に図５（ａ）に示すようなマップが記憶されていても、処理がステップＳ１０→ステップＳ２０→ステップＳ１００へ移行することによって、図５（ｂ）に示すような経時変化に対応したマップをＥＣＵ１０に記憶することが可能となる。
即ち、上記ステップＳ１００以外の後述するステップＳ２００、Ｓ３００、Ｓ４００の処理が行われた後にステップＳ１００の処理が行われることによって、ＥＣＵ１０に記憶されるマップは図５（ａ）の状態から図５（ｂ）の状態になるのである。
このように、異常が発生した場合に随時マップの更新を行うことで、常に精度よくエンジン６０を作動させることが可能となる。
【００３０】
＜ステップＳ２００の処理＞
次に、ステップＳ２００に処理が移行する場合は、失火検知回数は少ないが（ステップＳ１０）、回転数偏差積算値が閾値以上（ステップＳ３０）の場合であるので、混合気は失火を多発させるほどのリーン状態ではないが、エンジン６０の実回転数が正常時に比べて目標回転数から更に乖離している状態と判断できる。
即ち、混合気の空燃比が軽度にリーンにずれていると判断できるので、ＥＣＵ１０は、混合気の空燃比を正常に戻すためにリッチ化する（Ｓ２００）。
このリッチ化は、ＥＣＵ１０が混合気のリーンの度合いに応じて燃料制御弁２２の開度を大きくする（開く）ことによって行っても良い。
このステップＳ２００によるリッチ化によって、空燃比が軽度にリーンにずれても、上述のようにリッチ化するので混合気の空燃比を正常にすることが可能となる。
また、このように混合気の空燃比が軽度にリーンにずれることは、エンジン６０の経時変化がある程度進んだ場合に発生することなので、この場合にＥＣＵ１０はエンジン６０における経時変化の影響が顕著になっていることを認識することが可能となる。
以上のステップＳ１００、Ｓ２００の処理の後、処理は再びステップＳ１０へ移行する。
【００３１】
次に、上記ステップＳ１０において、処理がステップＳ３５へ移行した場合について説明する。
ＥＣＵ１０は、回転数センサ４４より取得したエンジン６０の実回転数と目標回転数とに基づいて（図２参照）、実回転数と目標回転数との偏差を算出し、更に、該算出した偏差の移動平均値である回転数偏差積算値を算出する。
更に続けて、ＥＣＵ１０は、該算出した回転数偏差積算値が予めＥＣＵ１０に定められる閾値以下であるか否かについて判断する（Ｓ３５）。
このステップＳ３５における処理は、既に上述したステップＳ３０の処理と同じ処理であるが、このステップＳ３５の処理を実行する状況としては、ステップＳ１０において失火検知の回数が予めＥＣＵ１０に定められる閾値以上であると判断された点で上記ステップＳ３０場合と状況が異なっている。
したがって、上記ステップＳ３５で実行する判断の手法については、既に上述したステップＳ３０にて説明したので省略する。
上記ステップＳ３５において、回転数偏差積算値が閾値以下であると判断された場合は処理がステップＳ３００へ移行し、他方、回転数偏差積算値が閾値以下でない（閾値以上）と判断された場合は処理がステップＳ４００へ移行する。
【００３２】
＜ステップＳ３００の処理＞
ステップＳ３００に処理が移行する場合は、失火検知回数が多く（ステップＳ１０）、回転数偏差積算値は閾値以下（ステップＳ３５）の場合であるので、ＥＣＵ１０は、失火は多発しているが、エンジン６０の実回転数は正常時とほぼ同様であると判断できる。
したがって、ＥＣＵ１０は、上記ステップＳ１０において失火が多発していると判断された原因が点火プラグ４３等の点火系の異常であると判断できる（Ｓ３００）。
したがって、ユーザは点火の異常を速やかに認識することが可能となって、エンジン６０等の空燃比制御システムのメンテナンスを容易に行うことが可能となる。
また、ＥＣＵ１０は、失火検知回数の多発原因が混合気の空燃比がリーンに偏っているためでなく、点火系にあることを認識できるので、不要に混合気の空燃比をリッチ化する制御を行わずに済む。
また、このステップＳ３００の処理を行う以前に、既に空燃比をリッチ化する処理が行われている場合は、ＥＣＵ１０は、空燃比を予めＥＣＵ１０に定められる初期目標値（デフォルトの目標値）に設定する。
これによって、不要なリッチ化による排気ガスのＮＯｘ増大を防止することが可能となる。
【００３３】
＜ステップＳ４００の処理＞
ステップＳ４００に処理が移行する場合は、失火回数が多く（ステップＳ１０）、回転数偏差積算値が閾値以上（ステップＳ３５）の場合であるので、ＥＣＵ１０は、失火は多発しており、エンジン６０の実回転数が正常時に比べて目標回転数から更に乖離している状態と判断できる。
この場合、「混合気の空燃比がリーン側にずれている」又は「点火プラグ４３等の点火系の異常」と判断できるので、ＥＣＵ１０は、先ず混合気の空燃比を正常に戻すためにリッチ化する（Ｓ４００）。
このリッチ化は、ＥＣＵ１０が燃料制御弁２２の開度を開くことによって行っても良い。
このような制御を行うことによって、空燃比がリーン側にずれた混合気を適切に正常な空燃比に戻すことが可能となると共に、該リーン側へのずれの度合いを検証することによってエンジン６０の劣化具合を知ることが可能となる。
この検証は、例えば、ＥＣＵ１０がリッチ化するために燃料制御弁２２の開度を開いた際の操作量、又は、該操作によって空燃比が正常になった場合にステップＳ１００で記憶されるマップに基づいて行うことが可能となる。
一方、上記ステップＳ４００のリッチ化を行うことによって、エンジン６０の状態が変化して、失火回数は多いが（ステップＳ１０）、回転数偏差積算値が閾値以下（ステップＳ３０）になれば、ＥＣＵ１０は点火プラグ４３等の点火系の異常と判断して上記ステップＳ３００の処理を行う。
以上のステップＳ３００、Ｓ４００の処理の後、処理は再びステップＳ１０へ移行する。
【００３４】
上述に示すように、上記ステップＳ１０、Ｓ３０、Ｓ３５の処理を行うことによって、例えば、点火プラグ４３の経時変化若しくは故障や、空燃比センサ５０等の経時変化若しくは故障等によって該空燃比センサ５０の検出値と現実の空燃比との差異（即ち、「ずれ」）が生じたりするような問題が生じても、その問題を鑑みて適切に制御するための処理（上記ステップＳ１００、Ｓ２００、Ｓ３００、Ｓ４００に示した何れかの処理）を実行することが可能となる。
したがって、空燃比制御システムにおいて経時変化や各部位の故障等が発生しても、速やかにその問題箇所を認識することが可能となるので、メンテナンス等を容易に行うことが可能となる。
【００３５】
＜点火エネルギー制限制御＞
上記ステップＳ１０の処理において、失火検知の回数が閾値以上であると判断された場合に、点火プラグ４３の点火エネルギーの制限制御を停止させるか否かの判断を行っても良い。
点火エネルギー制限制御とは、点火プラグ４３のギャップ電極で発生させる電気的火花（以下、「アーク」と称する）を制御することである。
この点火プラグ４３の点火エネルギー制限制御を行う回路の一例について図６を用いて説明する。
図６（ａ）に示すように、点火プラグ４３の一次側には高電圧を発生するための昇圧用コイル８４の２次側が接続されてなり、該昇圧用コイル８４の一次側にはスイッチング用のトランジスタ８２のコレクタが接続されている。
更に、トランジスタ８２のベースにはＥＣＵ１０、エミッタには電源８５が各々接続される構成となっている。
更に、トランジスタ８２のコレクタと昇圧用コイル８４の一次側との間には、停止回路８３を設けている。
この停止回路８３は、トランジスタ８２のスイッチングによって昇圧用コイル８４において自己誘導で発生する電圧をＥＣＵ１０の指令等によって制御されることによって作動するものである。
具体的には、この停止回路８３は、内部に放電用の抵抗器、キャパシタ、及びトランジスタ等を具備し、ＥＣＵ１０の指令に応じて該内部のトランジスタがＯＮすることで、昇圧用コイル８４に蓄積された電気的エネルギーを消費するものである。
上記図６（ａ）に示すように回路を構成することによって、例えば、電源８５が、点火プラグ４３のギャップ電極で電気的火花を発生させる程度の電圧を発生できなくとも、ＥＣＵ１０がトランジスタ８２のスイッチング制御を行うことによって容易に昇圧用コイル８４の自己誘導によって高電圧を発生させることが可能となる。
したがって、昇圧用コイル８４の自己誘導にて高電圧が発生することによって、点火プラグ４３のギャップ電極にて電気的火花を発生させることが可能となる。
【００３６】
上記点火エネルギー制限制御を実行させた場合に、昇圧用コイル８４で発生する電圧の時間的推移について図（ｂ）を用いて説明する。
先ず、時刻Ｔ０において、ＥＣＵ１０がトランジスタ８２のスイッチング動作を開始することによって、電圧が徐々に上昇してある一定の値で時刻Ｔ１まで推移する。
そして、時刻Ｔ１に達した時に、ＥＣＵ１０がトランジスタ８２のスイッチング動作を止める（トランジスタ８２のベースへの印加をＯＦＦとして電流が流れないようにする）ことによって昇圧用コイル８４に対する電力供給が絶たれる。
続いて、時刻Ｔ１直後に昇圧用コイル８４の自己誘導によって、該昇圧用コイル８４に高電圧が発生する。
即ち、時刻Ｔ１が混合気の点火タイミングであり、この時刻Ｔ０〜Ｔ１間の時間はエンジン６０の回転数等によって変化する。
そのため、点火プラグ４３のギャップ電極に該高電圧が印加されるので、ギャップ電極の絶縁破壊が発生してアークが発生する。
更に、該アークの発生によって上記高電圧は急速に減衰するが、絶縁破壊を起こしてアークが発生した空間にはイオンやプラズマ等の伝導性物質が多量にあるため、暫くアークの続流が発生している。（即ち、図６（ｂ）に示す時刻Ｔ１〜Ｔ２における続流部分）
このような続流は、混合気の爆発を確実に起こすために必要なものであるが、逆に必要以上に長いとギャップ電極の摩耗や劣化が早まるので、混合気の爆発に必要ない続流を遮断する必要がある。
そこで、ＥＣＵ１０は、時刻Ｔ２にて上記停止回路８３を作動させることによって、昇圧用コイル８４に発生している電気的エネルギーを吸収して上記続流を遮断している。
この続流を遮断した時刻Ｔ２以後に昇圧用コイル８４に発生する電圧が「制限制御ＯＮ」の実線で示されるものであり、他方、時刻Ｔ２で続流を遮断しない場合に昇圧用コイル８４に発生する電圧は「制限制御ＯＦＦ」の点線で示すようになる。
【００３７】
しかしながら、製造直後等の初期的段階にある点火プラグを用いて、エンジンを作動させる場合に、一般的に失火が多発する問題があることが知られている。
このような問題が発生する場合には、該点火プラグが上記初期的段階から早期に脱するために、上記点火エネルギー制限制御を一旦停止させる必要がある。
そこで、図４に示すように、上記ステップＳ１０の処理おいて失火検知の回数が予め定められる閾値以上と判断された後に、点火エネルギー制限制御に関する判断工程（図４中のステップＳ２０）を追加することで、多発する失火の原因が点火プラグにあるか否かを検証することは非常に意義あることである。
【００３８】
上記ステップＳ１０の判断で、失火検知回数が閾値以下でない（閾値以上である）と判断された場合は処理がステップＳ２０へ移行する。
上記ステップＳ２０の処理においては、ＥＣＵ１０は、上記停止回路８３が作動しているか否かを判断することによって、点火エネルギー制限制御が停止しているか否か（即ち、点火エネルギー制限制御が実行されているか否か）を判断する（Ｓ２０）。
上記ステップＳ２０における停止回路８３の作動の有無の判断は、該停止回路８３をＥＣＵ１０自体が直接制御しているので、ＥＣＵ１０自体のＲＯＭ等の記憶領域に一時記憶される停止回路８３の作動状態を示すフラグを判別することによって容易に行うことが可能となる。
次に、上記ステップＳ２０において、点火エネルギー制限制御が停止していると判断された場合に、ＥＣＵ１０は既に上述したステップＳ３５の処理を行い、他方、点火エネルギー制限制御が停止していないと判断された場合には、ＥＣＵ１０は停止回路８３を作動させることによって点火エネルギー制限制御を実行して（Ｓ２５）処理がステップＳ１０へ移行する。
上述より、処理がステップＳ１０→ステップＳ２０→ステップＳ３５と進んだ場合は、ＥＣＵ１０は、失火は多発しているが点火エネルギー停止制御中であるので、製造直後等の初期的段階にある点火プラグが該初期的段階から早期に脱するために、点火エネルギー制御を停止している状態であると認識できる。
他方、処理がステップＳ１０→ステップＳ２０→ステップＳ２５と進んだ場合は、ＥＣＵ１０は、点火エネルギー制限制御を行ってない状態で失火が多発している（ステップＳ１０）と判断できるので、点火プラグ４３が「製造直後等の初期的段階」にあるという蓋然性を認識することが可能となる。
つまり、ステップＳ２０及びステップＳ２５の処理を実行することによって、ＥＣＵ１０は、ステップＳ１０において失火が多発すると判断された場合に、その原因が点火プラグ４３であるか否かを認識することが可能となる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成したので、以下に示すような効果を奏する。
【００４０】
請求項１においては、空気と燃料との混合気を生成するベンチュリに供給する燃料の量を制御する燃料制御弁と、
上記混合気の量を制御するスロットル弁と、
上記スロットル弁を通過した混合気に燃料を供給するための燃料増量弁と、
上記燃料制御弁、上記スロットル弁、及び上記燃料増量弁を制御する制御手段と、
を具備する空燃比制御システムにおいて、
上記制御手段は、エンジンの目標回転数と実際の出力回転数との偏差を算出し、該算出した偏差に基づいて、上記混合気の空燃比及び上記エンジンの状態を評価することを特徴とする空燃比制御システムとして構成している。
このように、制御手段が回転数偏差の大きさを予め定められる閾値を基準として判断することで、エンジン等の劣化によって経時的に増大する回転数偏差を用いて劣化具合等を評価することが可能になると共に、回転数偏差を抑制する制御を行うことが可能となるので、安定的にエンジンを作動させることが可能となる。
【００４１】
請求項２においては、前記制御手段は、前記偏差を算出した後に更に該偏差の移動平均値を算出し、該算出した偏差の移動平均値に基づいて、前記混合気の空燃比及び前記エンジンの状態を評価してなる空燃比制御システムとして構成している。
このように、制御手段が回転数偏差の移動平均値である回転数偏差積算値の大きさを予め定められる閾値を基準として判断することで、エンジン等の劣化によって経時的に増大する回転数偏差積算値を用いて劣化具合等を評価することが可能になると共に、該回転数偏差積算値を抑制する制御を行うことが可能となる。
したがって、エンジンを安定的に作動させることが可能になると共に、瞬間的に回転数が変化しても回転数偏差積算値はあまり変化しないので、目標回転数に追従させる出力回転数の制御上の「行き過ぎ量」等を抑制することが可能となる。
【００４２】
請求項３においては、前記制御手段は、更に失火検知も加味して前記混合気の空燃比及び前記エンジンの状態を評価してなる空燃比制御システムとして構成している。
失火検知も加味することによって、エンジンが不調になった原因究明をより正確に突き止めることが可能となるので、メンテナンス等の作業が容易となる。
【００４３】
請求項４においては、前記制御手段は、前記失火検知の回数が予め定められる閾値以上で、且つ前記移動平均値が予め定められる閾値以上変化しない場合に、点火異常と判断してなる空燃比制御システムとして構成している。
この場合、ユーザは点火の異常を速やかに認識することが可能となって、エンジン等の空燃比制御システムのメンテナンスを容易に行うことが可能となると共に、制御手段は、失火検知回数の多発原因が混合気の空燃比がリーンに偏っているためでなく、点火系にあることを認識できるので、不要に混合気の空燃比をリッチ化する制御を行わずに済む。
これによって、不要なリッチ化による排気ガスのＮＯｘ増大を防止することが可能となる。
【００４４】
請求項５においては、前記制御手段は、前記失火検知の回数が予め定められる閾値以下で、且つ前記移動平均値が予め定められる閾値以上変化した場合に、エンジンの経時変化が進行していると判断してなる空燃比制御システムとして構成している。
このように処理が行われる場合、失火検知回数は少ないが、回転数偏差積算値が閾値以上の場合であるので、混合気は失火を多発させるほどのリーン状態ではないと判断できる。
そこで、空燃比が軽度にリーンにずれても、制御手段はリッチ化によって混合気の空燃比を正常にすることが可能となる。
また、このように混合気の空燃比が軽度にリーンにずれることは、エンジンの経時変化がある程度進んだ場合に発生することなので、この場合に制御手段はエンジンにおける経時変化の影響が顕著になっていることを認識することが可能となる。
したがって、エンジンの経時変化に追従して制御することが可能になる。
【００４５】
請求項６においては、前記制御手段は、前記失火検知の回数が予め定められる閾値以上で、且つ前記移動平均値が予め定められる閾値以上変化した場合に、空燃比をリッチに変化させ、その後前記失火検知の回数が予め定められる閾値以上で、且つ前記移動平均値が予め定められる閾値以上変化しない場合に、点火異常と判断してなる空燃比制御システムとして構成している。
上記リッチ化を行うことによって、エンジンの状態が変化して、失火回数は多いが、回転数偏差積算値が閾値以下になれば、制御手段は点火系の異常と判断することが可能となる。
したがって、点火系の異常であるにも関わらず不用に混合気をリッチ化することを防止することが可能となると共に、ＮＯｘの増大を防止することが可能となる。
【００４６】
請求項７においては、前記制御手段は、前記失火検知の回数が予め定められる閾値以上で、且つ前記移動平均値が予め定められる閾値以上変化した場合に、空燃比をリッチに変化させ、その後前記失火検知の回数が予め定められる閾値以下で、且つ前記移動平均値が予め定められる閾値以上変化しない場合に、空燃比制御の結果を記憶してなる空燃比制御システムとして構成している。
このように、異常が発生した場合に随時制御内容の更新を行うので、常に精度よくエンジンを作動させることが可能となる。
【００４７】
請求項８においては、前記制御手段は、前記空燃比制御の結果を、負荷毎若しくは回転数毎、又はその組み合わせと共に記憶してなる空燃比制御システムとして構成している。
このように、異常が発生した場合に随時制御内容の更新を行うので、常に精度よくエンジンを作動させることが可能となる。
【００４８】
請求項９においては、前記制御手段は、点火異常が検出された場合に、空燃比をリッチ側にする制御を行わない空燃比制御システムとして構成している。
したがって、点火系の異常であるにも関わらず不用に混合気をリッチ化することを防止することが可能となると共に、ＮＯｘの増大を防止することが可能となる。
【００４９】
請求項１０においては、制御手段は、前記失火検知の回数が予め定められる閾値以上になった場合に、点火プラグの点火エネルギー制限制御を停止してなる空燃比制御システムとして構成している。
制御手段は、失火は多発しているが点火エネルギー停止制御中であるので、製造直後等の初期的段階にある点火プラグが該初期的段階から早期に脱するために、点火エネルギー制御を停止させることが可能となるので、失火の原因を早期に取り除くことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る空燃比制御システムの概略構成図（従来の空燃比制御システムの概略構成図も兼ねる）。
【図２】エンジン６０の回転数に関する諸量と時間との関係を示すグラフ。
【図３】ＥＣＵ１０が行う一連の処理の一例を示すフローチャート。
【図４】ＥＣＵ１０が行う一連の処理の一例を示すフローチャート。
【図５】エンジン６０の回転数、該回転数における混合気の空燃比、及び該回転数における負荷の大きさを示したグラフ。
【図６】点火プラグ４３の点火回路の一例を示した回路図。
【符号の説明】
１０ＥＣＵ
２０ミキサ
２２燃料制御弁２２
２３ベンチュリ
２５スロットル弁
２７燃料増量弁
３０エアクリーナ
４０シリンダ
４１吸入弁
４２排気弁
４３点火プラグ
４４回転数センサ
５０空燃比センサ
６０エンジン[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an air-fuel ratio control system for a gas engine including a fuel control valve, a throttle valve, a fuel increase valve, an air-fuel ratio sensor, and control means.
[0002]
[Prior art]
BACKGROUND ART Conventionally, there is an air-fuel ratio control system for controlling an air-fuel mixture supplied to an engine 60 which is an example of a gas engine as shown in FIG.
The schematic configuration of hardware related to the conventional air-fuel ratio control system shown in FIG. 1 will be briefly described.
First, the venturi 23 is disposed in an intake passage that takes in air through the air cleaner 30, and the fuel is sucked by using a negative pressure generated when the air passes through the venturi 23, and the air-fuel mixture Generate
The amount of fuel supplied to the venturi 23 is adjusted by the fuel control valve 22. Specifically, the amount of the fuel is adjusted by controlling a stepping motor as an actuator included in the fuel control valve 22 by an ECU 10 (electronic control device) which is an example of a control unit.
There is a system that supplies fuel to the venturi 23 through the fixed valve 21 in addition to a system that supplies fuel to the venturi 23 through the fuel control valve 22.
The air-fuel mixture generated by the venturi 23 reaches the throttle valve 25, and the flow rate of the air-fuel mixture passing through the throttle valve 25 changes according to the opening degree of the throttle valve 25.
Specifically, the flow rate of the air-fuel mixture increases as the opening of the throttle valve 25 opens, and the flow rate of the air-fuel mixture decreases as the opening of the throttle valve 25 closes.
Further, the fuel adjusted by the fuel increasing valve 27 is supplied to the downstream side of the throttle valve 25 (the engine 60 side).
The purpose of providing the fuel increase valve 27 is as follows.
Generally, when the opening degree of the throttle valve 25 approaches the fully open state, the amount of change in the cross-sectional area of the air-fuel mixture flow path slows down. ) Slows down. (That is, the net cross-sectional area of the air-fuel mixture flow path is obtained by subtracting the area of the projected image on the cross-sectional surface of the valve body of the throttle valve 25 from the total area of the pipe serving as the air-fuel mixture flow path. )
Therefore, the “fuel flow rate of the air-fuel mixture” supplied to the engine 60 is also suppressed by slowing down the increase in the “flow rate of the air-fuel mixture”.
That is, when the opening degree of the throttle valve 25 is from fully closed to medium, the linearity (the opening degree of the throttle valve 25 and the "fuel amount in the air-fuel mixture" are proportional) is exhibited. It is generally known that in a region, the linearity is lost, resulting in a non-linear characteristic.
That is, even if the opening degree of the throttle valve 25 is increased, the engine output does not increase much.
[0003]
Therefore, in a region where the above-mentioned non-linear characteristic is obtained (the opening degree of the throttle valve 25 is medium to full open), the fuel amount in the air-fuel mixture is approximately linear by supplementing the air-fuel mixture with the fuel. The fuel increasing valve 27 is provided downstream of the throttle valve 25.
That is, when the opening of the throttle valve 25 becomes medium, the opening of the fuel increasing valve 27 opens in conjunction with it, thereby supplementing the mixture with fuel, thereby approximating the "fuel amount in the mixture". Compensation can be performed so as to be linear in nature.
Specific examples of conventional air-fuel ratio control systems that perform such control include those shown in Patent Documents 1 and 2 below.
Further, the air-fuel mixture whose fuel amount is controlled in this way is sucked into the cylinder 40 of the engine 60 via the suction valve 41 and is compressed by the piston 45 with the suction valve 41 and the exhaust valve 42 closed. It explodes by ignition by the ignition plug 43. The crankshaft is rotated by the lifting and lowering of the piston 45, and the rotation speed is detected by the rotation speed sensor 44 and input to the ECU 10.
Exhaust after the explosion is discharged through an exhaust valve 42. At this time, the air-fuel ratio sensor 50 measures the air-fuel ratio (generally oxygen) in the exhaust gas, and the ECU 10 determines the air-fuel ratio of the air-fuel mixture sucked into the cylinder 40 based on the detection result of the air-fuel ratio sensor 50. It is possible to calculate the fuel ratio.
[0004]
By the way, the number of revolutions as an example of the output of the engine 60 actually shows the behavior as shown in FIG. 2, and FIG. 2 particularly shows an example of the behavior of the number of revolutions of the engine 60 in a certain short period. It is.
Each curve in FIG. 2 will be described below.
The “actual rotation speed” indicates the output rotation speed actually output by the engine 60.
The “moving average rotation speed” is a moving average value of the actual rotation speed from a “point in time” to the past which is traced back by a predetermined time set in the ECU 10 in advance, and in FIG. Is plotted at the “certain time”.
Actually, the ECU 10 calculates the moving average rotation speed immediately after obtaining the "actual rotation speed", thereby calculating the moving average value at the time when the actual rotation speed is obtained.
Note that the “predetermined time” may be defined in advance in an operation program of the ECU 10 or the like, and is predetermined in a development stage or the like according to the specifications of the engine 60 and the like.
Further, the limit value when the predetermined time in the calculation of the moving average rotation speed is made infinite can be said to be a so-called steady-state deviation.
Further, FIG. 2 plots a “target rotation speed” which is an example of a target value in the control performed by the ECU 10.
[0005]
Next, the meaning of each curve will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 2, for example, consider a case where the actual rotational speed changes below the target rotational speed (that is, the rotational speed is low).
From FIG. 2, there is a deviation between the actual rotation speed and the target rotation speed (that is, the region of {circle around (1)}), so the two curves are separated.
Therefore, a deviation (that is, a region of (1) + (2)) also occurs between the moving average rotation speed and the target rotation speed, so that the two curves are separated.
Further, the actual rotational speed oscillates (that is, the area of (2) or (3)) based on the moving average rotational speed. Also in this case, since the actual rotational speed increases and decreases based on the moving average rotational speed, it can be said that a deviation occurs and the deviation occurs.
In addition, unlike the above, such a difference is a phenomenon that occurs even when the target rotation speed and the moving average rotation speed are moving above the target rotation speed.
Generally, when the control accuracy of the engine 60 is high and the engine is in a stable normal operation state, the amplitude of the actual rotation speed with respect to the moving average rotation speed is small (that is, the region of (2) or (3) is small). Further, it is known that the deviation between the moving average rotational speed and the target rotational speed is small (that is, the area of (1) + (2) is small).
Conversely, when the amplitude and the deviation increase, some problem occurs in the control system, the control accuracy decreases, and the rotation of the engine 60 becomes unstable.
Conventionally, in particular, by suppressing the amplitude of the actual rotational speed that oscillates based on the moving average rotational speed (that is, by suppressing the increase or decrease of the actual rotational speed), the actual rotational speed of the engine 60 is kept at a constant rotational speed. Control to rotate by a number has been performed.
Specifically, the ECU 10 calculates the total area or the maximum amplitude of the area (2) and the area (3), and performs control so as to reduce the calculated total area or the maximum amplitude.
As specific examples of the air-fuel ratio control system that performs such control, there are techniques as shown in Patent Documents 1 and 2 below.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-295299
[Patent Document 2]
JP-A-6-341335
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional air-fuel ratio control system, it is possible to perform control for suppressing the vibration of the actual rotation speed with respect to the moving average rotation speed. The control for appropriately reducing the deviation and the deviation between the actual rotational speed and the target rotational speed is not performed.
[0008]
Incidentally, the deviation between the moving average rotational speed and the target rotational speed (that is, the region of (1) + (2)) and the deviation between the actual rotational speed and the target rotational speed (that is, the region of (1)) are determined by the engine. Is generally known to gradually increase with time.
The change with time is, specifically, a cylinder 40, a piston 45, a suction valve 41, an exhaust valve 42, a spark plug 43, a fixed valve 21, a fuel control valve 22, a venturi 23, a throttle valve 25, a fuel increasing valve 27, In each part such as the air cleaner 30, the rotational speed sensor 44, the air-fuel ratio sensor 50, other various sensors, and the intake and exhaust manifolds, the change caused by wear, dirt, deterioration and the like caused by the operation of the engine 60.
Such a time-dependent change causes a gradual change in the specifications and characteristics of the air-fuel ratio control system shown in FIG. 1. Will be different.
Therefore, even if the ECU 10 extracts and calculates data stored in the ECU 10 in accordance with the detection results of the rotation speed sensor 44, the air-fuel ratio sensor 50, and other various sensors, the calculation result changes over time. Since it does not match the air-fuel ratio control system in the state, a deviation occurs between the control result (actual rotation speed) and the target value, and the deviation increases with time.
[0009]
For example, the air-fuel ratio sensor 50 may output a detection result that is different from the actual air-fuel ratio of the exhaust gas due to a change with time or a failure.
That is, a deviation may occur between the actual exhaust gas air-fuel ratio and the detection result of the air-fuel ratio sensor 50.
As a specific example of such a case, the air-fuel ratio sensor 50 detects that the air-fuel ratio is close to the actual air-fuel ratio of the exhaust gas (that is, “the amount of fuel in the air-fuel mixture is large” or “the rich air-fuel mixture”). When the result is output, the ECU 10 executes a control process for making the air-fuel mixture lean (that is, “the amount of fuel in the air-fuel mixture is small” or “lean air-fuel mixture”) based on the detection result. .
As a result, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture generated on the intake side becomes leaner than the air-fuel ratio in the case where the air-fuel ratio is appropriate, and the lean state indicates that the air-fuel ratio sensor 50 is rich. The detection will be continued during the detection.
When the air-fuel mixture is in a lean state as described above, "misfire" in which the air-fuel mixture does not explode in the cylinder 40 occurs frequently, or the output (rotation speed) of the engine 60 decreases due to a shortage of fuel in the air-fuel mixture. Is generally known.
[0010]
Another possible cause of the explosion of the air-fuel mixture in the cylinder 40 may be an ignition system abnormality due to aging of the spark plug 43 itself or a failure.
However, according to the conventional technology, the reason why the air-fuel mixture in the cylinder 40 does not explode is “due to lean air-fuel mixture due to erroneous detection due to the air-fuel ratio sensor 50 changing over time” or “the change over time of the ignition plug 43. It is impossible to judge whether the ignition is caused by poor ignition.
For this reason, when an abnormality occurs in the rotation speed control such that the output of the engine 60 decreases, the ECU 10 cannot perform appropriate control, and it takes time and effort to investigate the cause. is there.
Therefore, the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a deviation between a moving average rotational speed and a target rotational speed which increase with time and a deviation between an actual rotational speed and a target rotational speed. The present invention provides an air-fuel ratio control system that performs control to appropriately reduce the engine speed and that can easily understand the cause of an abnormality in rotation speed control that causes a decrease in engine output.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In claim 1, a fuel control valve for controlling an amount of fuel supplied to a venturi that produces a mixture of air and fuel;
A throttle valve for controlling the amount of the mixture,
A fuel increasing valve for supplying fuel to the mixture passed through the throttle valve,
Control means for controlling the fuel control valve, the throttle valve, and the fuel increasing valve;
An air-fuel ratio control system comprising
The control means calculates a deviation between a target rotation speed of the engine and an actual output rotation speed, and evaluates an air-fuel ratio of the air-fuel mixture and a state of the engine based on the calculated deviation. It is configured as an air-fuel ratio control system.
[0012]
In claim 2, after calculating the deviation, the control means further calculates a moving average value of the deviation, and based on the calculated moving average value of the deviation, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture and the engine It is configured as an air-fuel ratio control system that evaluates the state.
[0013]
In claim 3, the control means is configured as an air-fuel ratio control system that evaluates the air-fuel ratio of the air-fuel mixture and the state of the engine in consideration of misfire detection.
[0014]
5. The air-fuel ratio control according to claim 4, wherein the control means determines that the ignition is abnormal when the number of times of the misfire detection is equal to or more than a predetermined threshold value and the moving average value does not change more than the predetermined threshold value. Configured as a system.
[0015]
In claim 5, the control means is configured to determine that the temporal change of the engine is progressing when the number of times of the misfire detection is equal to or less than a predetermined threshold and the moving average value changes by a predetermined threshold or more. It is configured as an air-fuel ratio control system that makes a judgment.
[0016]
In claim 6, the control means changes the air-fuel ratio to rich when the number of times of misfire detection is equal to or more than a predetermined threshold and the moving average value changes equal to or more than a predetermined threshold. The air-fuel ratio control system is configured to determine that ignition is abnormal when the number of misfire detections is equal to or greater than a predetermined threshold and the moving average value does not change by a predetermined threshold or more.
[0017]
In claim 7, the control means changes the air-fuel ratio to rich when the number of times of misfire detection is greater than or equal to a predetermined threshold and the moving average value is greater than or equal to a predetermined threshold. The air-fuel ratio control system is configured to store the result of the air-fuel ratio control when the number of misfire detections is equal to or less than a predetermined threshold value and the moving average value does not change by the predetermined threshold value or more.
[0018]
In claim 8, the control means is configured as an air-fuel ratio control system in which the result of the air-fuel ratio control is stored together with each load, each rotation speed, or a combination thereof.
[0019]
According to a ninth aspect, the control means is configured as an air-fuel ratio control system that does not perform control to make the air-fuel ratio rich when an ignition abnormality is detected.
[0020]
According to a tenth aspect, the control means is configured as an air-fuel ratio control system that stops the ignition energy limiting control of the ignition plug when the number of times of misfire detection becomes equal to or greater than a predetermined threshold.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings to provide an understanding of the present invention. It should be noted that the following embodiments are examples embodying the present invention, and do not limit the technical scope of the present invention.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an air-fuel ratio control system according to an embodiment of the present invention (also serves as a schematic configuration diagram of a conventional air-fuel ratio control system), and FIG. FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of a series of processes performed by the ECU 10, FIG. 4 is a flowchart illustrating an example of a series of processes performed by the ECU 10, FIG. FIG. 6 is a circuit diagram showing an example of an ignition circuit of the ignition plug 43. FIG.
[0022]
First, a schematic configuration of an air-fuel ratio control system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The schematic configuration of the hardware of the air-fuel ratio control system according to the embodiment of the present invention has the same configuration as that of the above-described air-fuel ratio control system, but will be described again in more detail here.
First, the mixer 20 that generates an air-fuel mixture by mixing air (outside air) introduced from the air cleaner 30 with a fuel such as gas or gasoline will be described.
The mixer 20 is generally configured to mainly include a venturi 23, a fuel control valve 22, a fixed valve 21, a fuel increasing valve 27, and a throttle valve 25.
The venturi 23 takes in air through the air cleaner 30 using negative pressure generated by intake of the engine 60, and generates a mixture of the air and fuel.
The amount of fuel supplied to the venturi 23 is adjusted by the fuel control valve 22.
Specifically, the amount of the fuel is adjusted by controlling the stepping motor provided in the fuel control valve 22 by the ECU 10 (electronic control device) as an example of the control means.
As shown in FIG. 1, a system that supplies fuel to the venturi 23 includes a system that passes through the fixed valve 21 in addition to a system that passes through the fuel control valve 22.
The fixed valve 21 is for supplying only a predetermined amount of fuel to the venturi 23.
Accordingly, the valve of the fixed valve 21 is not controlled by the ECU 10 or the like, but is merely adjusted in advance at the time of maintenance such as manufacture or installation of the mixer 20, and is fixed at a constant opening during operation. .
That is, the ECU 10 controls the fuel control valve 22 to change the air-fuel ratio in the air-fuel mixture generated by the venturi 23.
The mixture thus generated reaches the throttle valve 25, and the flow rate of the mixture passing through the throttle valve 25 changes according to the opening degree of the throttle valve 25.
Specifically, the opening of the throttle valve 25 is controlled by the ECU 10, and the opening of the throttle valve 25 opens to increase the flow rate of the air-fuel mixture passing therethrough, while the opening of the throttle valve 25 closes the air-fuel mixture passing therethrough. Flow rate is reduced.
Further, the fuel adjusted by the fuel increasing valve 27 is supplied to the downstream side of the throttle valve 25 (the engine 60 side).
[0023]
The purpose of providing the fuel increase valve 27 is as follows.
Generally, when the opening degree of the throttle valve 25 approaches the fully open state, the amount of change in the cross-sectional area of the air-fuel mixture flow path slows down. ) Slows down. (That is, the net cross-sectional area of the air-fuel mixture flow path is obtained by subtracting the area of the projected image on the cross-sectional surface of the valve body of the throttle valve 25 from the total cross-sectional area of the pipe that becomes the air-fuel mixture flow path. )
Therefore, the “fuel flow rate of the air-fuel mixture” supplied to the engine 60 is also suppressed by slowing down the increase in the “flow rate of the air-fuel mixture”.
That is, when the opening degree of the throttle valve 25 is from fully closed to medium, the linearity (the opening degree of the throttle valve 25 and the "fuel amount in the air-fuel mixture" are proportional) is exhibited. In a region, the linearity is lost and the region becomes a non-linear characteristic.
That is, even if the opening degree of the throttle valve 25 is increased, the engine output does not increase much.
[0024]
Therefore, in the region where the non-linear characteristic is obtained (the opening degree of the throttle valve 25 is moderate to full open), the fuel is supplemented to the air-fuel mixture so that the fuel amount in the air-fuel mixture exhibits approximately linearity. The increasing valve 27 is provided downstream of the throttle valve 25.
The fuel increasing valve 27 is mechanically (via gears or the like) interlocked with the throttle valve 25 so that the valve opens when the opening degree of the throttle valve 25 is changed from a medium opening to a full opening.
That is, when the opening of the throttle valve 25 becomes medium, the opening of the fuel increasing valve 27 opens in conjunction with it, thereby supplementing the mixture with fuel, thereby approximating the "fuel amount in the mixture". Compensation can be performed so as to be linear in nature.
Further, the air-fuel mixture whose fuel amount is controlled in this way is sucked into the cylinder 40 of the engine 60 via the suction valve 41 and is compressed by the piston 45 with the suction valve 41 and the exhaust valve 42 closed. It explodes by ignition by the ignition plug 43.
Exhaust after the explosion is discharged through an exhaust valve 42. At this time, the air-fuel ratio sensor 50 measures the air-fuel ratio in the exhaust gas. The ECU 10 calculates the air-fuel ratio of the air-fuel mixture sucked into the cylinder 40 based on the detection result of the air-fuel ratio sensor 50. Making it possible.
[0025]
Further, the ECU 10 detects the opening of the fuel control valve 22, the throttle valve 25, and the fuel increasing valve 27 using a sensor or the like, and also collects the rotation speed of the engine 60 and the output value of the air-fuel ratio sensor 50. This is an example of control means for controlling the fuel control valve 22, the throttle valve 25, and the ignition plug 43 based on the above.
Therefore, the ECU 10 has a communication function for communicating with the above-described units, a storage function for storing data and programs related to the control, a development function and an arithmetic function for executing the data and programs, and the like.
Specifically, the ECU 10 may have a configuration in which a CPU, a ROM, a RAM, and the like are connected by a bus, or may have a configuration in which all of the functions are provided by a one-chip LSI or the like. .
[0026]
The air-fuel ratio control system according to the embodiment of the present invention configured as described above executes a series of processing described below with reference to FIGS.
An example of an execution subject that executes a series of processes shown in the flowcharts of FIGS. 3 and 4 is the ECU 10.
First, the ECU 10 determines whether or not the air-fuel mixture sucked into the cylinder 40 of the engine 60 is misfired without exploding due to the ignition of the ignition plug 43 (that is, misfire detection). If it is determined that the misfire has occurred, it is determined whether or not the number of misfire detections is less than or equal to a threshold value predetermined in the ECU 10 in a predetermined time or interval predetermined in the ECU 10 (S10).
If the engine 60 is a multi-cylinder engine, the ECU 10 detects misfire not only in the cylinder 40 but also in other cylinders.
The determination process regarding the misfire detection in step S10 is performed by a conventionally known method.
In brief, for example, when the number of cylinders of the engine 60 is set to three cylinders, this method is used in a period from a misfire occurring in one cylinder of the three cylinders to an explosion occurring in another cylinder. Detects a misfire by detecting a phenomenon in which the rotational speed of the engine 60 decreases instantaneously.
Of course, even if there is no misfire, the number of revolutions of the engine 60 decreases from the time of explosion in one cylinder to the time of explosion in the next cylinder. Since these are lighter than, both can be distinguished.
In this case, the ECU 10 performs the sensing by the rotation speed sensor 44 or another dedicated sensor at a high clock in order to particularly determine the degree of the reduction in the rotation speed, thereby instantaneously determining the degree of the rotation speed reduction. The above determination is performed by detecting and comparing and determining.
Further, when the misfire is detected in the determination in step S10, the ECU 10 determines whether or not the number of misfire detections is equal to or less than a threshold value predetermined in the ECU 10 at a predetermined time or interval predetermined in the ECU 10. are doing.
In other words, the ECU 10 determines whether or not the number of misfire detections occurring during a predetermined period (the predetermined time or interval) has occurred a predetermined number (the threshold). That is, the number of misfires detected during a certain period is determined.
If it is determined in step S10 that the number of misfire detections is equal to or smaller than the threshold, the process proceeds to step S30. On the other hand, if it is determined that the number of misfire detections is not equal to or smaller than the threshold (greater than or equal to the threshold), The process moves to step S35.
[0027]
First, a case where the process has proceeded to step S30 will be described.
In step S30, the ECU 10 calculates a deviation between the actual rotation speed and the target rotation speed based on the actual rotation speed and the target rotation speed of the engine 60 acquired from the rotation speed sensor 44 (see FIG. 2). Further, a rotation speed deviation integrated value which is a moving average value of the calculated deviation is calculated.
Subsequently, the ECU 10 determines whether or not the calculated rotational speed deviation integrated value is equal to or less than a threshold value predetermined in the ECU 10 (S30).
The “rotational speed deviation integrated value” in step S30 is defined as a moving average value of a deviation between the actual rotational speed and the target rotational speed from the “certain time” to the past which is traced back by a predetermined time set in advance by the ECU 10. That is.
Actually, the ECU 10 calculates a deviation between the actual rotation speed and the target rotation speed, thereby calculating a moving average value at the time when the actual rotation speed is obtained.
The “predetermined time” may be specified in advance in an operation program of the ECU 10 or the like, and is predetermined in a development stage or the like according to the specifications of the engine 60 and the like.
It is desirable that the integrated value of the rotational speed deviation is 0, but in practice there are few cases where the integrated value is usually 0 due to disturbances entering the control system, transient response due to load fluctuations, changes over time, etc. By improving the performance, it is possible to suppress the size.
However, if some abnormality occurs in the air-fuel ratio control system, the integrated value of the rotational speed deviation becomes a large value differently from the normal state, so that the threshold value used as a criterion for the ECU 10 as described in step S30. Is determined and stored in advance, the ECU 10 determines in step S30 whether or not the integrated value of the rotational speed deviation is equal to or less than the threshold value.
As described above, in step S30, the ECU 10 determines the magnitude of the rotational speed deviation integrated value with reference to a predetermined threshold value, thereby determining the rotational speed deviation integrated value that increases with time due to deterioration of the engine 60 or the like. It is possible to evaluate the degree of deterioration and the like by using this, and it is possible to perform control for suppressing the integrated value of the rotational speed deviation.
If it is determined in step S30 that the integrated value of the rotational speed deviation is equal to or smaller than the threshold value, the process proceeds to step S100. On the other hand, it is determined that the integrated value of the rotational speed deviation is not equal to or smaller than the threshold value (equal to or larger than the threshold value). In this case, the process proceeds to step S200.
[0028]
<Process of Step S100>
When the process shifts to step S100, it is determined that the number of misfire detections is small (step S10) and the rotational speed deviation integrated value is equal to or smaller than the threshold value (suppressed) (step S30). , 30, it can be said that the air-fuel ratio control in the air-fuel ratio control system is normally and accurately executed.
Therefore, the ECU 10 stores the control content of each unit (the control content of the control target of the ECU 10 shown in FIG. 1) at the time of steps S10 and S30 (S100).
As a specific example of the storage contents, FIGS. 5A and 5B correspond to the rotation speed of the engine 60, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture at the rotation speed, and the magnitude of the load at the rotation speed. May be stored as a three-dimensional map as shown in FIG.
That is, the result of the air-fuel ratio control is stored for each load, for each rotation speed of the engine 60, or for a combination thereof.
In this case, FIG. 5A shows an example of a map in a case where the air-fuel ratio control is not performed normally (when the process proceeds to steps S200 to S400 described later).
On the other hand, FIG. 5B shows an example of a map when the air-fuel ratio control is performed normally (when the process proceeds to step S100).
In FIG. 5, maps 200a and 200b show the relationship between the air-fuel ratio and the magnitude of the load for performing ideal control for each rotation speed of the engine 60. The maps 200a and 200b are developed and manufactured. It may be stored in the ECU 10 in advance.
On the other hand, the maps 100a and 100b show the relationship between the air-fuel ratio and the magnitude of the load as a result of the actual control for each rotation speed of the engine 60 in the actual operating state of the engine 60.
That is, the contents stored in step S100 are the maps 100a and 100b.
[0029]
In FIGS. 5A and 5B, especially when the engine 60 is at a low rotation speed and a high load and the air-fuel ratio becomes lean (parts 1a and 1b), the maps 100a and 100b are leaned from the maps 200a and 200b. It can be seen that there is a tendency to diverge.
Also, comparing the size of the difference between the map 100a and the map 200a in the region 1a and the size of the difference between the map 100b and the map 200b in the region 1b, it can be seen that the difference in the region 1a is larger than that in the region 1b.
That is, when the map already stored in the ECU 10 is in the state shown in FIG. 5A, it is because the air-fuel ratio control is not normally performed. In this case, the determination in steps S10 and S20 is made. The processing shifts to other processing (steps S200 to S400 and the like) without shifting to step S100 (map storage).
On the other hand, the map shown in FIG. 5B shows that the air-fuel ratio control is normally and accurately performed because the deviation between the map 100b and the map 200b in the region 1b is also suppressed.
Therefore, the map stored when the process proceeds to step S100 is as shown in FIG.
Further, even if a map as shown in FIG. 5A is stored in the ECU 10 due to a change over time of the engine 60 and the like, the process proceeds from step S10 to step S20 to step S100, and as a result, as shown in FIG. It is possible to store a map corresponding to a temporal change as shown in the ECU 10.
That is, by performing the processing of step S100 after the processing of steps S200, S300, and S400, which will be described later, other than the above-described step S100, the map stored in the ECU 10 is changed from the state of FIG. This is the state of b).
In this way, by updating the map as needed when an abnormality occurs, it is possible to always operate the engine 60 with high accuracy.
[0030]
<Process of Step S200>
Next, when the process proceeds to step S200, the number of misfires detected is small (step S10), but the integrated value of the rotational speed deviation is equal to or larger than the threshold value (step S30). , It can be determined that the actual rotational speed of the engine 60 is further deviated from the target rotational speed as compared with the normal state.
That is, since it can be determined that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is slightly deviated lean, the ECU 10 enriches the air-fuel ratio of the air-fuel mixture to return to normal (S200).
This enrichment may be performed by the ECU 10 increasing (opening) the opening of the fuel control valve 22 according to the degree of leanness of the air-fuel mixture.
By the enrichment in step S200, even if the air-fuel ratio slightly shifts to lean, the air-fuel ratio is made rich as described above, so that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture can be made normal.
Since the air-fuel ratio of the air-fuel mixture slightly shifts to a lean state when the temporal change of the engine 60 progresses to some extent, the ECU 10 noticeably influences the temporal change of the engine 60 in this case. Can be recognized.
After the processes in steps S100 and S200, the process returns to step S10.
[0031]
Next, a case in which the process proceeds to step S35 in step S10 will be described.
The ECU 10 calculates a deviation between the actual rotation speed and the target rotation speed based on the actual rotation speed and the target rotation speed of the engine 60 obtained from the rotation speed sensor 44 (see FIG. 2), and further calculates the deviation. Is calculated as the moving average value of the rotation speed.
Subsequently, the ECU 10 determines whether or not the calculated rotational speed deviation integrated value is equal to or less than a threshold value predetermined in the ECU 10 (S35).
The processing in step S35 is the same as the processing in step S30 described above. However, as a situation in which the processing in step S35 is performed, the number of misfire detections in step S10 is equal to or greater than a threshold value previously set in the ECU 10. The situation is different from the case of step S30 in that it is determined.
Therefore, the method of determination performed in step S35 has been described in step S30, and will not be described.
If it is determined in step S35 that the rotational speed deviation integrated value is equal to or smaller than the threshold, the process proceeds to step S300. On the other hand, if it is determined that the rotational speed deviation integrated value is not equal to or smaller than the threshold (equal to or larger than the threshold). The process proceeds to step S400.
[0032]
<Process of Step S300>
When the process proceeds to step S300, the number of misfires detected is large (step S10) and the integrated value of the rotational speed deviation is equal to or less than the threshold value (step S35). It can be determined that the actual rotation speed of 60 is almost the same as in the normal state.
Accordingly, the ECU 10 can determine that the cause of the determination that the misfire has occurred frequently in step S10 is an abnormality in the ignition system such as the ignition plug 43 (S300).
Therefore, the user can quickly recognize the abnormality of the ignition, and the maintenance of the air-fuel ratio control system such as the engine 60 can be easily performed.
Further, the ECU 10 can recognize that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is in the ignition system, not because the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is lean to lean, so that the control for unnecessarily enriching the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is performed. No need to do it.
Further, if the process for enriching the air-fuel ratio has already been performed before performing the process of step S300, the ECU 10 sets the air-fuel ratio to an initial target value (default target value) determined in advance by the ECU 10. I do.
This makes it possible to prevent an increase in NOx of exhaust gas due to unnecessary enrichment.
[0033]
<Process of Step S400>
When the process proceeds to step S400, the number of misfires is large (step S10) and the integrated value of the rotational speed deviation is equal to or larger than the threshold value (step S35). It can be determined that the actual rotational speed is further deviated from the target rotational speed as compared with the normal rotational speed.
In this case, it can be determined that "the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is deviated to the lean side" or "abnormality of the ignition system such as the ignition plug 43". (S400).
This enrichment may be performed by the ECU 10 increasing the opening of the fuel control valve 22.
By performing such control, the air-fuel mixture whose air-fuel ratio has shifted to the lean side can be appropriately returned to the normal air-fuel ratio, and the degree of the shift to the lean side can be verified by checking the degree of the shift to the lean side. Can be known.
This verification is performed, for example, on the amount of operation when the ECU 10 opens the opening of the fuel control valve 22 to enrich it, or on the map stored in step S100 when the air-fuel ratio becomes normal by the operation. It can be performed based on this.
On the other hand, by performing the enrichment in step S400, the state of the engine 60 changes and the number of misfires is large (step S10), but if the integrated value of the rotational speed deviation becomes equal to or less than the threshold value (step S30), the ECU 10 It is determined that the ignition system of the ignition plug 43 and the like is abnormal, and the process of step S300 is performed.
After the processes in steps S300 and S400, the process returns to step S10.
[0034]
As described above, by performing the processing of steps S10, S30, and S35, the air-fuel ratio sensor 50 can be changed over time or due to the aging or failure of the ignition plug 43 or the air-fuel ratio sensor 50 or the like. Even if a problem such as a difference between the detected value and the actual air-fuel ratio (that is, “deviation”) occurs, a process for appropriately controlling in consideration of the problem (the above-described steps S100, S200, S300, Any of the processes shown in S400) can be executed.
Therefore, even if the air-fuel ratio control system causes a change with time or a failure in each part, it is possible to quickly recognize the problem part, and thus it is possible to easily perform maintenance and the like.
[0035]
<Ignition energy limit control>
In the process of step S10, when it is determined that the number of misfire detections is equal to or more than the threshold value, it may be determined whether to stop the control of limiting the ignition energy of the ignition plug 43.
The ignition energy restriction control is to control an electric spark (hereinafter, referred to as an “arc”) generated by a gap electrode of the ignition plug 43.
An example of a circuit for controlling the ignition energy of the ignition plug 43 will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 6A, a secondary side of a boosting coil 84 for generating a high voltage is connected to a primary side of the ignition plug 43, and a switching side is connected to a primary side of the boosting coil 84. Of the transistor 82 is connected.
The ECU 82 is connected to the base of the transistor 82, and the power supply 85 is connected to the emitter.
Further, a stop circuit 83 is provided between the collector of the transistor 82 and the primary side of the boosting coil 84.
The stop circuit 83 operates by controlling a voltage generated by self-induction in the step-up coil 84 by switching of the transistor 82 according to a command from the ECU 10 or the like.
Specifically, the stop circuit 83 includes a discharging resistor, a capacitor, a transistor, and the like inside, and the internal transistor is turned on in response to a command from the ECU 10, so that the charge is stored in the boosting coil 84. Consumes the electrical energy.
By configuring the circuit as shown in FIG. 6A, for example, even if the power supply 85 cannot generate a voltage enough to generate an electric spark at the gap electrode of the ignition plug 43, the ECU 10 By performing the switching control, it is possible to easily generate a high voltage by self-induction of the boosting coil 84.
Therefore, when a high voltage is generated by the self-induction of the boosting coil 84, an electric spark can be generated at the gap electrode of the ignition plug 43.
[0036]
The temporal change of the voltage generated in the boost coil 84 when the above-described ignition energy limiting control is executed will be described with reference to FIG.
First, at time T0, when the ECU 10 starts the switching operation of the transistor 82, the voltage gradually increases and changes to a certain value until time T1.
When the time reaches T1, the ECU 10 stops the switching operation of the transistor 82 (turns off the application of the transistor 82 to the base to prevent the current from flowing), thereby cutting off the power supply to the boosting coil 84.
Subsequently, immediately after the time T1, a high voltage is generated in the boosting coil 84 by self-induction of the boosting coil 84.
That is, the time T1 is the ignition timing of the air-fuel mixture, and the time between the times T0 and T1 varies depending on the rotation speed of the engine 60 and the like.
Therefore, since the high voltage is applied to the gap electrode of the ignition plug 43, dielectric breakdown of the gap electrode occurs and an arc is generated.
Further, the high voltage is rapidly attenuated by the generation of the arc, but a large amount of conductive substances such as ions and plasma are generated in the space where the arc is generated due to dielectric breakdown, so that the arc continues to flow for a while. are doing. (That is, the follow-up portion at time T1 to T2 shown in FIG. 6B)
Such a follow-up flow is necessary to surely cause an explosion of the air-fuel mixture, but if it is longer than necessary, wear and deterioration of the gap electrode will be accelerated. Need to be shut off.
Therefore, the ECU 10 operates the stop circuit 83 at the time T2 to absorb the electric energy generated in the step-up coil 84 and cut off the following flow.
The voltage generated in the step-up coil 84 after the time T2 when the follow-up is interrupted is indicated by a solid line of "limit control ON". The generated voltage is as indicated by the dotted line of “limit control OFF”.
[0037]
However, when an engine is operated using an ignition plug in an early stage such as immediately after manufacturing, it is generally known that there is a problem of frequent misfires.
When such a problem occurs, it is necessary to temporarily stop the ignition energy limiting control in order for the spark plug to leave the initial stage early.
Therefore, as shown in FIG. 4, after it is determined in the processing of step S10 that the number of misfire detections is equal to or greater than a predetermined threshold, a determination step (step S20 in FIG. 4) relating to ignition energy limiting control is added. Therefore, it is very significant to verify whether the cause of the frequent misfires is the spark plug.
[0038]
If it is determined in step S10 that the number of misfire detections is not equal to or smaller than the threshold (equal to or larger than the threshold), the process proceeds to step S20.
In the process of step S20, the ECU 10 determines whether the stop circuit 83 is operating to determine whether the ignition energy limit control is stopped (that is, whether the ignition energy limit control is executed). Is determined (S20).
The determination of the presence or absence of the operation of the stop circuit 83 in the above-described step S20 is based on the fact that the stop circuit 83 is directly controlled by the ECU 10 itself, so that the operation state of the stop circuit 83 temporarily stored in a storage area such as a ROM of the ECU 10 itself is determined. This can be easily performed by determining the flag to be indicated.
Next, in step S20, when it is determined that the ignition energy restriction control has been stopped, the ECU 10 has already performed the processing of step S35 described above, while it is determined that the ignition energy restriction control has not been stopped. In such a case, the ECU 10 operates the stop circuit 83 to execute the ignition energy limiting control (S25), and the process proceeds to step S10.
As described above, when the process proceeds from step S10 to step S20 to step S35, the ECU 10 determines that the ignition plug in an initial stage such as immediately after manufacturing has been activated because misfire has occurred frequently but ignition energy stop control is being performed. It can be recognized that the ignition energy control has been stopped in order to escape early from the initial stage.
On the other hand, if the process proceeds from step S10 to step S20 to step S25, the ECU 10 can determine that misfire has occurred frequently without performing the ignition energy limit control (step S10). This makes it possible to recognize the probability that the device is in the “initial stage immediately after manufacturing”.
In other words, by executing the processing of steps S20 and S25, when it is determined in step S10 that misfires frequently occur, the ECU 10 can recognize whether or not the cause is the spark plug 43. .
[0039]
【The invention's effect】
The present invention is configured as described above, and has the following effects.
[0040]
In claim 1, a fuel control valve for controlling an amount of fuel supplied to a venturi that produces a mixture of air and fuel;
A throttle valve for controlling the amount of the mixture,
A fuel increasing valve for supplying fuel to the mixture passed through the throttle valve,
Control means for controlling the fuel control valve, the throttle valve, and the fuel increasing valve;
An air-fuel ratio control system comprising
The control means calculates a deviation between a target rotation speed of the engine and an actual output rotation speed, and evaluates an air-fuel ratio of the air-fuel mixture and a state of the engine based on the calculated deviation. It is configured as an air-fuel ratio control system.
In this way, the control means determines the magnitude of the rotational speed deviation based on a predetermined threshold value, so that the degree of deterioration or the like can be evaluated using the rotational speed deviation that increases with time due to deterioration of the engine or the like. At the same time, it is possible to perform control for suppressing the rotational speed deviation, so that the engine can be operated stably.
[0041]
In claim 2, after calculating the deviation, the control means further calculates a moving average value of the deviation, and based on the calculated moving average value of the deviation, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture and the engine It is configured as an air-fuel ratio control system that evaluates the state.
As described above, the control means determines the magnitude of the rotational speed deviation integrated value, which is the moving average value of the rotational speed deviation, with reference to a predetermined threshold value. The degree of deterioration and the like can be evaluated using the integrated value, and control for suppressing the integrated value of the rotational speed deviation can be performed.
Therefore, the engine can be operated stably, and even if the rotational speed changes instantaneously, the integrated value of the rotational speed deviation does not change much. It is possible to suppress the “overshoot amount” and the like.
[0042]
In claim 3, the control means is configured as an air-fuel ratio control system that evaluates the air-fuel ratio of the air-fuel mixture and the state of the engine in consideration of misfire detection.
By taking the misfire detection into account, it is possible to more accurately determine the cause of the malfunction of the engine, thereby facilitating operations such as maintenance.
[0043]
5. The air-fuel ratio control according to claim 4, wherein the control means determines that the ignition is abnormal when the number of times of the misfire detection is equal to or more than a predetermined threshold value and the moving average value does not change more than the predetermined threshold value. Configured as a system.
In this case, the user can quickly recognize the abnormality of the ignition, and the maintenance of the air-fuel ratio control system such as the engine can be easily performed. However, since it is possible to recognize that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is in the ignition system, not because the air-fuel ratio is lean, the control for making the air-fuel ratio of the air-fuel mixture rich is unnecessary.
This makes it possible to prevent an increase in NOx of exhaust gas due to unnecessary enrichment.
[0044]
In claim 5, the control means is configured to determine that the temporal change of the engine is progressing when the number of times of the misfire detection is equal to or less than a predetermined threshold and the moving average value changes by a predetermined threshold or more. It is configured as an air-fuel ratio control system that makes a judgment.
When the process is performed in this manner, the number of misfire detections is small, but the integrated value of the rotational speed deviation is equal to or greater than the threshold value. Therefore, it can be determined that the air-fuel mixture is not lean enough to cause misfire frequently.
Therefore, even if the air-fuel ratio slightly shifts to lean, the control means can make the air-fuel ratio of the air-fuel mixture normal by enrichment.
In addition, since the air-fuel ratio of the air-fuel mixture slightly shifts to a lean state when the aging of the engine has progressed to some extent, in this case, the influence of the aging on the engine becomes remarkable. Can be recognized.
Therefore, it is possible to control the engine following changes with time.
[0045]
In claim 6, the control means changes the air-fuel ratio to rich when the number of times of misfire detection is equal to or more than a predetermined threshold and the moving average value changes equal to or more than a predetermined threshold. The air-fuel ratio control system is configured to determine that ignition is abnormal when the number of misfire detections is equal to or greater than a predetermined threshold and the moving average value does not change by a predetermined threshold or more.
By performing the enrichment, the state of the engine changes and the number of misfires is large, but when the integrated value of the rotational speed deviation becomes equal to or less than the threshold value, the control means can determine that the ignition system is abnormal.
Therefore, it is possible to prevent the air-fuel mixture from being unnecessarily enriched in spite of the abnormality of the ignition system, and to prevent an increase in NOx.
[0046]
In claim 7, the control means changes the air-fuel ratio to rich when the number of times of misfire detection is greater than or equal to a predetermined threshold and the moving average value is greater than or equal to a predetermined threshold. The air-fuel ratio control system is configured to store the result of the air-fuel ratio control when the number of misfire detections is equal to or less than a predetermined threshold value and the moving average value does not change by the predetermined threshold value or more.
As described above, when the abnormality occurs, the control content is updated as needed, so that the engine can always be operated with high accuracy.
[0047]
In claim 8, the control means is configured as an air-fuel ratio control system in which the result of the air-fuel ratio control is stored together with each load, each rotation speed, or a combination thereof.
As described above, when the abnormality occurs, the control content is updated as needed, so that the engine can always be operated with high accuracy.
[0048]
According to a ninth aspect, the control means is configured as an air-fuel ratio control system that does not perform control to make the air-fuel ratio rich when an ignition abnormality is detected.
Therefore, it is possible to prevent the air-fuel mixture from being unnecessarily enriched in spite of the abnormality of the ignition system, and to prevent an increase in NOx.
[0049]
According to a tenth aspect, the control means is configured as an air-fuel ratio control system that stops the ignition energy limiting control of the ignition plug when the number of times of misfire detection becomes equal to or greater than a predetermined threshold.
The control means stops ignition energy control because ignition plugs in an early stage such as immediately after manufacturing etc. early escape from the initial stage because ignition misfire is occurring but ignition energy stop control is in progress. Therefore, the cause of the misfire can be eliminated at an early stage.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an air-fuel ratio control system according to an embodiment of the present invention (also serves as a schematic configuration diagram of a conventional air-fuel ratio control system).
FIG. 2 is a graph showing a relationship between various amounts of rotation speed of an engine 60 and time.
FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of a series of processes performed by an ECU 10.
FIG. 4 is a flowchart illustrating an example of a series of processes performed by the ECU 10.
FIG. 5 is a graph showing the rotation speed of the engine 60, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture at the rotation speed, and the magnitude of the load at the rotation speed.
FIG. 6 is a circuit diagram showing an example of an ignition circuit of the ignition plug 43.
[Explanation of symbols]
10 ECU
20 mixer
22 fuel control valve 22
23 Venturi
25 Throttle valve
27 Fuel increase valve
30 air cleaner
40 cylinders
41 Suction valve
42 exhaust valve
43 Spark plug
44 Speed sensor
50 Air-fuel ratio sensor
60 engine

Claims

A fuel control valve for controlling the amount of fuel supplied to a venturi that produces a mixture of air and fuel;
A throttle valve for controlling the amount of the mixture,
A fuel increasing valve for supplying fuel to the mixture passed through the throttle valve,
Control means for controlling the fuel control valve, the throttle valve, and the fuel increasing valve;
An air-fuel ratio control system comprising
The control means calculates a deviation between a target rotation speed of the engine and an actual output rotation speed, and evaluates an air-fuel ratio of the air-fuel mixture and a state of the engine based on the calculated deviation. Air-fuel ratio control system.

The control means further calculates a moving average value of the deviation after calculating the deviation, and evaluates an air-fuel ratio of the air-fuel mixture and a state of the engine based on the moving average value of the calculated deviation. The air-fuel ratio control system according to claim 1.

3. The air-fuel ratio control system according to claim 2, wherein the control unit further evaluates an air-fuel ratio of the air-fuel mixture and a state of the engine in consideration of misfire detection.

4. The air-fuel ratio control system according to claim 3, wherein the control means determines that the ignition is abnormal when the number of times of the misfire detection is equal to or more than a predetermined threshold value and the moving average value does not change more than the predetermined threshold value. .

The control means, when the number of times of the misfire detection is equal to or less than a predetermined threshold value and the moving average value changes by a predetermined threshold value or more, judges that the temporal change of the engine is progressing. 3. The air-fuel ratio control system according to 3.

The control means changes the air-fuel ratio to rich when the number of times of misfire detection is equal to or greater than a predetermined threshold value and the moving average value is equal to or greater than a predetermined threshold value. 4. The air-fuel ratio control system according to claim 3, wherein an ignition abnormality is determined when the moving average value does not change by a predetermined threshold value or more and the moving average value does not change by a predetermined threshold value or more.

The control means changes the air-fuel ratio to rich when the number of times of misfire detection is equal to or greater than a predetermined threshold value and the moving average value is equal to or greater than a predetermined threshold value. 4. The air-fuel ratio control system according to claim 3, wherein a result of the air-fuel ratio control is stored when the moving average value does not change by a predetermined threshold value or less and the moving average value does not change by a predetermined threshold value or more.

8. The air-fuel ratio control system according to claim 7, wherein the control unit stores a result of the air-fuel ratio control together with each load, each rotation speed, or a combination thereof.

7. The air-fuel ratio control system according to claim 4, wherein the control unit does not perform control to make the air-fuel ratio rich when an ignition abnormality is detected. 8.

The control means stops the ignition energy limiting control of the spark plug when the number of times of the misfire detection becomes equal to or more than a predetermined threshold value. Air-fuel ratio control system.