JP2005180353A - エンジンの空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】運転性の悪化を抑制しつつ、始動直後における空燃比を速やかにストイキへと収束させる。
【解決手段】目標空燃比補正係数ＴＦＢＹＡの設定により、始動直後に空燃比をリッチ化し、時間経過と共にＴＦＢＹＡを徐々に減少させる。Ｏ₂センサの活性を検出した時点（活性判定）で、Ｏ₂センサの出力がリーン領域にあるときは、ＴＦＢＹＡによる増量分（ＫＡＳ）をカットすると共に、その増量分を空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡに上乗せし（第１の制御）、ＡＬＰＨＡの初期値を１＋ＫＡＳとして空燃比フィードバック制御を開始する一方、Ｏ₂センサの出力がリッチ領域にあるときは、ＴＦＢＹＡによる増量分をカットし（第２の制御）、ＡＬＰＨＡの初期値を１として空燃比フィードバック制御を開始する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、始動直後にリッチ空燃比で運転し、その後に空燃比フィードバック制御を行うエンジンの空燃比制御装置に関する。

特許文献１には、始動直後に空燃比をリッチ化し、時間経過と共に空燃比を徐々にストイキに収束させるように設定される目標空燃比補正係数ＴＦＢＹＡと、空燃比フィードバック制御条件にて空燃比センサからの信号に基づいて空燃比をストイキに収束させるように設定される空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡとを用いて、燃料噴射量を演算・制御するエンジンの空燃比制御装置において、空燃比センサの活性検出後、目標空燃比補正係数ＴＦＢＹＡによる燃料噴射量の増量分を０にすると共に、その増量分を空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡに上乗してから、空燃比フィードバック制御に移行することが開示されている。
特開２００１−２３４７７９号公報

冷間時には燃料の気化性が悪く、壁流が増大して筒内に吸入される燃料が不足するため、始動直後の空燃比は、目標空燃比補正係数ＴＦＢＹＡによりリッチ化して燃焼を安定させ、その後の時間経過と共に徐々にストイキに収束させるようにする。そして、空燃比フィードバック制御の開始時に、目標空燃比補正係数ＴＦＢＹＡによる増量分が残っていた場合にはその増量分をカットすることになるが、そうすると空燃比が急にリーン側へと変化してトルク段差が発生し、運転性の悪化を招くので、そのカット分を空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡに上乗せするようにしている。

しかし、目標空燃比補正係数ＴＦＢＹＡは、通常、揮発性の悪い重質燃料に適合されているため、軽質燃料等の比較的揮発性のよい燃料の場合には、始動直後の空燃比がよりリッチ傾向となることから、前記増量分を空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡに上乗せすると、ストイキへの収束が遅れて、エミッションや燃費の悪化を招いてしまうという問題がある。

本発明は、このような問題に着目してなされたものであり、運転性の悪化を抑制しつつ、始動直後における空燃比を速やかにストイキへと収束させることを目的とする。

このため、本発明に係るエンジンの空燃比制御装置は、空燃比センサの活性を検出した時点で目標空燃比補正係数による増量分をカットすると共に、その増量分を空燃比フィードバック補正係数に上乗せする第１の制御と、空燃比センサの活性を検出した時点で目標空燃比補正係数による増量分をカットし、その増量分の空燃比フィードバック制御係数への上乗せを行わない第２の制御とを選択可能に構成し、その活性を検出した時点における空燃比センサの出力が、リーン領域にあるときは第１の制御を選択し、リッチ領域にあるときは第２の制御を選択する。

本発明に係るエンジンの空燃比制御装置によると、空燃比センサの活性を検出した時点における空燃比（リッチ／リーン）に応じて、始動直後における空燃比フィードバック制御の開始方法を切り換えるので、運転性の悪化を抑制しつつ、空燃比のストイキへの収束性を向上できる。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態を示すエンジン（内燃機関）のシステム図である。
エンジン１の各気筒の燃焼室には、エアクリーナ２から吸気ダクト３、スロットル弁４
及び吸気マニホールド５を経て空気が吸入される。吸入空気量Ｑａは、スロットル弁４の開度に応じて制御される。吸気マニホールド５の各ブランチ部には各気筒毎に燃料噴射弁６が設けられている。但し、燃料噴射弁６は燃焼室内に直接臨ませる配置としてもよい。

燃料噴射弁６は、ソレノイドに通電されて開弁し、通電停止されて閉弁する電磁式燃料噴射弁（インジェクタ）であって、後述するエンジンコントロールユニット（以下ＥＣＵという）１２からの駆動パルス信号により通電されて開弁し、図示しない燃料ポンプから圧送されてプレッシャレギュレータにより所定圧力に調整された燃料を噴射供給する。従って、駆動パルス信号のパルス幅により燃料噴射量が制御される。

エンジン１の各燃焼室には点火プラグ７が設けられており、これにより火花点火して混合気を着火燃焼させる。
エンジン１の各燃焼室からの排気は、排気マニホールド８を介して排出される。また、排気マニホールド８からＥＧＲ通路９が導出され、これによりＥＧＲ弁１０を介して排気の一部を吸気マニホールド５に還流している。

一方、排気通路には、排気マニホールド８の直下などに位置させて、排気浄化触媒１１が設けられている。
ＥＣＵ１２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インターフェイス等を含んで構成されるマイクロコンピュータを備え、各種センサからの入力信号を受け、後述のごとく演算処理して、燃料噴射弁６や点火プラグ７等の作動を制御する。

前記各種センサとしては、エンジン１のクランク軸又はカム軸回転よりクランク角度と共にエンジン回転数Ｎｅを検出可能なクランク角センサ１３、吸気ダクト３内で吸入空気量Ｑａを検出するエアフローメータ１４、スロットル弁４の開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ１５（スロットル弁４の全閉位置でＯＮとなるアイドルスイッチを含む）、エンジン１の冷却水温Ｔｗを検出する水温センサ１６、排気マニホールド８の集合部にて排気空燃比のリッチ・リーンに応じた信号を出力する空燃比センサとしてのＯ₂センサ１７、このＯ₂センサ近傍の排気温度（あるいは、Ｏ₂センサの温度）ＴＯ₂を検出する温度センサ１８などが設けられている。尚、Ｏ₂センサ１７はヒータを内蔵しており、始動時からヒータに通電して素子温度を上昇させることで早期活性化を図ることができる。また、Ｏ₂センサに代えて、空燃比に対して出力がリニアに変化するＡ／Ｆセンサを用いるようにしてもよい。さらに、ＥＣＵ１２には、スタートスイッチ１９などからの動作信号も入力されている。

次に、ＥＣＵ１２にて実行される処理についてフローチャートを用いて説明する。
図２は、燃料噴射量演算ルーチンのフローチャートであり、エンジン始動後（スタートスイッチＯＮ→ＯＦＦ後）に時間同期又は回転同期で実行される。尚、始動時の燃料噴射量は別の方法で演算される。
Ｓ１では、エアフローメータにより検出される吸入空気量Ｑａと、クランク角センサにより検出されるエンジン回転数Ｎｅとを読み込む。尚、吸入空気量Ｑａについては、検出信号に基づいて平滑化処理を行うが、フローでは省略した。

Ｓ２では、読み込んだ吸入空気量Ｑａとエンジン回転数Ｎｅとから、次式により、基本燃料噴射量（基本噴射パルス幅）Ｔｐを演算する。
Ｔｐ＝Ｋ×Ｑａ／Ｎｅ 但し、Ｋは定数
Ｓ３では、後述のごとく設定される目標空燃比補正係数（始動後空燃比リッチ化補正係
数）ＴＦＢＹＡ、空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡを読み込み、次式により、最終的な燃料噴射量（噴射パルス幅）Ｔｉを演算する。

Ｔｉ＝Ｔｐ×ＴＦＢＹＡ×ＡＬＰＨＡ
なお、目標空燃比補正係数ＴＦＢＹＡ及び空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡは、その基準値を１とする。また、燃料噴射量（噴射パルス幅）Ｔｉの演算には、この他、スロットル開度ＴＶＯの変化に基づく過渡補正や、バッテリ電圧に基づく無効噴射パルス幅の加算等がなされるが、ここでは省略する。

このようにして燃料噴射量Ｔｉが演算されると、このＴｉに相当するパルス幅の駆動パルス信号がエンジン回転に同期して各気筒毎に所定のタイミングで燃料噴射弁６に出力され、燃料噴射が行われる。
図３は、始動後の空燃比制御を示すフローチャートである。ここで、前記目標空燃比補正係数（始動後空燃比リッチ化補正係数）ＴＦＢＹＡ及び前記空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡが設定される。

Ｓ１１では、始動時の水温Ｔｗを検出し、これに応じて、始動後の燃料増量率（以下、単に始動後増量率という）の初期値ＫＡＳ、及び、その後の単位減量率ΔＫを設定する（次式参照）。
ＫＡＳ＝ｆ１（Ｔｗ）
ΔＫ＝ｆ２（Ｔｗ）
具体的には、始動時水温Ｔｗが低いほど始動後増量率の初期値ＫＡＳを大きく設定し、また、始動時水温Ｔｗが低いほど時間をかけて減量するように単位減量率ΔＫを小さく設定する。

Ｓ１２では、目標空燃比補正係数ＴＦＢＹＡを始動後増量率ＫＡＳに基づいて設定し、空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡは１に固定する（次式参照）。
ＴＦＢＹＡ＝１＋ＫＡＳ
ＡＬＰＨＡ＝１
ここでの設定値が始動後初回の燃料噴射量Ｔｉの演算に用いられ、この目標空燃比補正係数ＴＦＢＹＡにより、空燃比がリッチ化される。

その後、Ｓ１３では、時間同期で、始動後増量率ＫＡＳを単位減量率ΔＫ分ずつ減少させ（ＫＡＳ＝ＫＡＳ−ΔＫ）、この減少させた始動後増量率ＫＡＳに基づいて、目標空燃比補正係数ＴＦＢＹＡを算出することで（ＴＦＢＹＡ＝１＋ＫＡＳ）、目標空燃比補正係数ＴＦＢＹＡを減少させる。このような目標空燃比補正係数ＴＦＢＹＡの設定により、始動直後に空燃比をリッチ化し、その後の時間経過と共に空燃比を徐々にストイキに収束させるようにすることができる。

Ｓ１４では、排気温度（又はＯ₂センサの温度）ＴＯ₂が予め定めた活性判定レベルＳＬを超えたか否かを判定する。ＴＯ₂が活性判定レベルＳＬ以下であればＳ１３へ戻り、目標空燃比補正係数ＴＦＢＹＡを減少させる。一方、ＴＯ₂が活性判定レベルＳＬを超えていれば、Ｏ₂センサの活性を検出したものとして、Ｓ１４からＳ１５へ進む。なお、ここでは、排気温度（Ｏ₂センサの温度）に基づいて活性判定を行うようにしているが、それ以外の方法（例えば、Ｏ₂センサの素子抵抗値に基づく活性判定）を用いてもよい。

Ｓ１５では、Ｏ₂センサの出力電圧に基づいてリーン／リッチを判定する。リーンであればＳ１６へ進み、リッチであればＳ１７に進む。
Ｓ１６では、Ｏ₂センサ活性時において空燃比がリーンであるので、目標空燃比補正係数ＴＦＢＹＡによる増量分（ＫＡＳ）をカット（ここでは０にする）すると共に、その増量分（ＫＡＳ）を空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡに上乗せし、通常の空燃比フィードバック制御（λ制御）に移行する。従って、このとき、目標空燃比補正係数ＴＦＢＹＡ＝１、空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡ（初期値）＝１＋ＫＡＳとなっている。

Ｓ１７では、Ｏ₂センサ活性時において空燃比がリッチであるので、目標空燃比補正係数ＴＦＢＹＡによる増量分（ＫＡＳ）をカット（ここでは０にする）し、その増量分を空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡに上乗せすることなく、通常の空燃比フィードバック制御（λ制御）に移行する。従って、このとき、目標空燃比補正係数ＴＦＢＹＡ＝１、空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡ（初期値）＝１となっている。

図４は、通常の空燃比フィードバック制御（通常λ制御）のフローチャートである。
Ｓ２１では、Ｏ₂センサの出力電圧に基づいてリーン／リッチを判定する。リーンであればＳ２２へ進み、リッチであればＳ２５に進む。
Ｓ２２では、リッチ→リーンへの反転時（前回リッチ）であるか否かを判定する。リッチ→リーンへの反転時であればＳ２３へ進み、リーン状態継続中であればＳ２４に進む。

Ｓ２３では、空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡを比較的大きく設定した比例分（比例定数）Ｐ増加させて、更新する（ＡＬＰＨＡ＝ＡＬＰＨＡ＋Ｐ）。
Ｓ２４では、空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡを微小の積分分（積分定数）Ｉ増加させて、更新する（ＡＬＰＨＡ＝ＡＬＰＨＡ＋Ｉ）。
Ｓ２５では、リーン→リッチへの反転時（前回リーン）であるか否かを判定する。リーン→リッチへの反転時であればＳ２６へ進み、リッチ状態継続中であればＳ２７に進む。

Ｓ２６では、空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡを比較的大きく設定した比例分Ｐ減少させて、更新する（ＡＬＰＨＡ＝ＡＬＰＨＡ−Ｐ）。
Ｓ２７では、空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡを微小の積分分Ｉ減少させて、更新する（ＡＬＰＨＡ＝ＡＬＰＨＡ−Ｉ）。
図５は、本実施形態におけるタイムチャートである。Ｏ₂センサ活性時の空燃比がリッチの場合を実線で、Ｏ₂センサ活性時の空燃比がリーンの場合を破線で示している。

目標空燃比補正係数ＴＦＢＹＡの設定により、始動直後に空燃比をリッチ化し、その後の時間経過と共に空燃比を徐々にストイキに収束させるように制御している。
ここで、Ｏ₂センサの活性を検出したときに（時刻ｔ１）、実線で示すように、Ｏ₂センサの出力電圧ＶＯ₂がリッチ領域にあると（すなわち、空燃比がリッチのときは）、目標空燃比補正係数ＴＦＢＹＡによる増量分（ＫＡＳ）を０とし、空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡの初期値を１として、直ちに空燃比フィードバック制御が開始される。

一方、Ｏ₂センサの活性を検出したときに（時刻ｔ１）、破線で示すように、Ｏ₂センサの出力電圧ＶＯ₂がリーン領域にあると（すなわち、空燃比がリーンのときは）、目標空燃比補正係数ＴＦＢＹＡによる増量分（ＫＡＳ）を０にすると共に、その増量分（ＫＡＳ）を空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡに上乗せし、空燃比フィードバック補正係数の初期値を１＋ＫＡＳとして、直ちに空燃比フィードバック制御が開始される。

目標空燃比補正係数ＴＦＢＹＡは、通常、重質燃料に適合されているため、始動直後は空燃比がリッチ化されるはずであるが、温度条件や部品バラツキ等によって実際の空燃比がリーンとなってしまう場合がある。また、使用される燃料によってリッチ化される度合も異なる。Ｏ₂センサ活性時における空燃比がリーン・リッチのいずれの場合であっても、空燃比フィードバック制御を開始することによって空燃比をストイキへと収束させることはできるが、運転性やストイキへの収束性を考慮すれば、空燃比（リーン・リッチ）に応じて、その開始方法を異ならせることが望ましい。

すなわち、空燃比がリッチであるときに目標空燃比補正係数ＴＦＢＹＡによる増量分を空燃比フィードバック補正係数に上乗せすると、空燃比フィードバック制御開始直後の空燃比がよりリッチ傾向となって、ストイキへの収束を遅らせることになる一方、空燃比がリーンであるときは、目標空燃比補正係数ＴＦＢＹＡによる増量分（ＫＡＳ）によっても空燃比をリッチ化できなかったときであるので、この増量分をカットすることで空燃比がよりリーン傾向となって、運転性が悪化する（燃焼が不安定となる）おそれがあるからである。

そこで、本実施形態では、Ｏ₂センサの活性の検出して空燃比フィードバック制御を開始する際に、その活性を検出した時点におけるＯ₂センサの出力電圧がリーン領域にあるかリッチ領域にあるかで（すなわち、直前の空燃比がリーンであるかリッチであるかで）、空燃比フィードバック制御の開始方法、具体的には、設定される空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡの初期値を異ならせることで、運転性の悪化を抑制しつつ、ストイキへの収束を早めるようにしている。

この実施形態によると、Ｏ₂センサの活性を検出した時点で空燃比がリーンのときは、目標空燃比補正係数ＴＦＢＹＡによる増量分（ＫＡＳ）をカットし、その増量分（ＫＡＳ）を空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡに上乗せした上で、すなわち、空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡの初期値を１＋ＫＡＳとして空燃比フィードバック制御を開始するので、始動直後において、運転性、燃焼性の悪化を抑制しつつ、空燃比を早期にストイキへと収束させることができる。

一方、Ｏ₂センサ活性時における空燃比がリッチのときには、目標空燃比補正係数ＴＦＢＹＡによる増量分（ＫＡＳ）をカットし、この増量分（ＫＡＳ）を空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡに上乗せすることなく、すなわち、空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡの初期値を１として空燃比フィードバック制御を開始するので、ストイキへの収束を早めてエミション及び燃費を向上できる。

図６は、始動後の空燃比制御の第２実施形態示すフローチャートであり、上記図３に代えて用いられる。
図６において、Ｓ３１〜Ｓ３７は、図３におけるＳ１１〜Ｓ１７と同じであるので説明を省略する。
Ｓ３７において、目標空燃比補正係数ＴＦＢＹＡによる増量分（ＫＡＳ）をカット（ここでは０にする）した後、Ｓ３８に進む。

Ｓ３８では、Ｏ₂センサの出力電圧ＶＯ₂がフィードバック制御開始判定スライスレベルＶＯ_SLに達したか否かを判定し、ＮＯの場合は、時間待ちを行う。そして、Ｏ₂センサの出力電圧がＶＯ_SLに達したら、通常の空燃比フィードバック制御（λ制御）に移行する（図４参照）。なお、このとき、目標空燃比補正係数ＴＦＢＹＡ＝１、空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡ（初期値）＝１となっている。

図７は、始動後の空燃比制御としてかかる第２実施形態を用いた場合におけるタイムチャートである。図５と同様に、Ｏ₂センサ活性時の空燃比がリッチの場合を実線、Ｏ₂センサ活性時の空燃比がリーンの場合を破線で示している。
目標空燃比補正係数ＴＦＢＹＡの設定により、始動直後に空燃比をリッチ化し、その後の時間経過と共に空燃比を徐々にストイキに収束させるように制御している。

ここで、Ｏ₂センサの活性を検出したときに（時刻ｔ１）、実線で示すように、Ｏ₂センサの出力電圧ＶＯ₂がリッチ領域にあると（すなわち、空燃比がリッチのときは）、目標空燃比補正係数ＴＦＢＹＡによる増量分（ＫＡＳ）を０にする。但し、第１実施形態（図５参照）とは異なり、この時点（時刻ｔ１）では空燃比フィードバック制御（λ制御）を開始せずに、Ｏ₂センサの出力電圧ＶＯ₂がフィードバック制御開始判定スライスレベルＶＯ_SLに達した時点で空燃比フィードバック制御が開始される（時刻ｔ２）。

これにより、空燃比がリッチのときは、目標空燃比補正係数ＴＦＢＹＡによる増量分（ＫＡＳ）を０にした効果が実際に反映された後に（検出遅れを待って）、空燃比フィードバック制御が開始されるので、図中一点鎖線で示すような過補正（過制御）を抑制して運転性の悪化を防止すると共に、ストイキへの収束を早めることができる。
一方、空燃比がリーンのときは、第１実施形態と同様に、運転性の悪化（燃焼の不安定）を回避すべく、空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡに目標空燃比補正係数ＴＦＢＹＡによる増量分（ＫＡＳ）を上乗せした上で直ちに空燃比フィードバック制御が開始される。

なお、この実施形態では、空燃比がリッチのときは、Ｏ₂センサの出力電圧がフィードバック制御開始判定スライスレベルＶＯ_SLに達した時点で空燃比フィードバック制御を開始するようにしているが、例えば、増量分（ＫＡＳ）を０にした後にＯ₂センサの出力電圧の所定量以上変化（減少）するのを待って空燃比フィードバック制御を開始するようにしてもよい。

この実施形態によると、第１実施形態（図３）に対して、空燃比がリッチにときには、空燃比センサの出力電圧がフィードバック制御開始判定スライスレベルに達してから空燃比フィードバック制御を開始するようにしたので、過補正によるオーバーシュートを抑制して運転性の悪化を防止でき、また、ストイキへの収束をより早めることができる。
図８は、始動後の空燃比制御の第３実施形態示すフローチャートであり、上記図３に代えて用いられる。

図８において、Ｓ４１〜Ｓ４５は、図３におけるＳ１１〜Ｓ１５と同じであるので説明を省略する。
Ｓ４５において、リーンであればＳ４６へ進み、Ｏ₂センサの出力電圧（すなわち、空燃比）に応じて、点火時期の遅角補正量ΔＩＴｒｅｔ（＝ｆ３（ＶＯ₂））を設定する。具体的には、Ｏ₂センサの出力電圧が低いほど（空燃比がリーンであるほど）遅角補正量ΔＩＴｒｅｔを大きく設定する。

Ｓ４７では、基本点火時期ＩＴｂａｓｅと遅角補正量ΔＩＴｒｅｔとから、次式により点火時期ＩＴ（１）を算出し、点火プラグ７に出力する（点火時期の遅角補正を行う）。
ＩＴ（１）＝ＩＴｂａｓｅ＋ΔＩＴｒｅｔ
なお、上記基本点火時期ＩＴｂａｓｅは、エンジン回転数Ｎｅ及び基本燃料噴射量Ｔｐに応じて割り付けられた基本点火時期マップを参照することにより算出する。また、基本点火時期ＩＴｂａｓｅの算出には、この他、冷却水温度Ｔｗやスロットル開度ＴＶＯに基づく補正がなされるが、ここでは省略する。

Ｓ４８では、目標空燃比補正係数ＴＦＢＹＡによる増量分（ＫＡＳ）をカットする（ここでは０にする）と共に、その増量分（ＫＡＳ）を空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡに上乗せし、すなわち、空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡの初期値を１＋ＫＡＳとし、通常の空燃比フィードバック制御（λ制御）に移行する。
一方、Ｓ４５において、リッチであればＳ４９に進み、Ｏ₂センサの出力電圧（空燃比）に応じて、点火時期の進角補正量ΔＩＴａｄｖ（＝ｆ４（ＶＯ₂））を設定する。具体的には、Ｏ₂センサの出力電圧が高いほど（空燃比がリッチであるほど）進角補正量ΔＩＴａｄｖを大きく設定する。

Ｓ５０では、基本点火時期ＩＴｂａｓｅと進角補正量ΔＩＴａｄｖとから、次式により点火時期を算出し、点火プラグ７に出力する（点火時期の遅角補正を行う）。
ＩＴ（２）＝ＩＴｂａｓｅ−ΔＩＴ_adv
Ｓ５１では、目標空燃比補正係数ＴＦＢＹＡによる増量分（ＫＡＳ）をカットし（ここでは０にする）、空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡの初期値を１として、通常の空燃比フィードバック制御（λ制御）に移行する。

Ｏ₂センサ活性時に空燃比がリッチのときには、空燃比フィードバック制御を開始する際に目標空燃比補正係数ＴＦＢＹＡによる増量分（ＫＡＳ）を０にするため、空燃比が急にリーン側へと変化しトルク段差が発生するおそれがある。そして、このトルク段差はフィードバック制御開始時点における空燃比がリッチであるほど大きい。そこで、空燃比フィードバック制御を開始する際に、空燃比がリッチであるときは、リッチであるほど点火時期を進角させる（進角補正する）ことによって、増量分ＫＡＳを０にすることで生じるトルクの減少分を補うようにし（相殺するようにし）、空燃比フィードバック制御の開始直後におけるトルク段差の発生を最小限に抑制する。

一方、Ｏ₂センサ活性時に空燃比がリーンのときには、空燃比フィードバック制御を開始するに際し、目標空燃比補正係数ＴＦＢＹＡによる増量分（ＫＡＳ）を空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡに上乗せするため、空燃比が急にリッチ側へと変化してトルク段差が発生するおそれがある。そして、このトルク段差はフィードバック制御開始時点における空燃比がリーンであるほど大きい。そこで、空燃比フィードバック制御を開始する際に、空燃比がリーンであるときは、リーンであるほど点火時期を遅角させる（遅角補正する）ことによって、増量分ＫＡＳを空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡに上乗せすることで乗じるトルクの上昇分を相殺するようにし、空燃比フィードバック制御の開始直後におけるトルク段差の発生を最小限に抑制する。

これにより、始動直後において、空燃比がリッチであるかリーンであるかにかかわらず、早期に空燃比フィードバック制御を開始してストイキへの収束を早めてエミッション及び燃費を向上しつつ、空燃比フィードバック制御の開始直後におけるトルク段差の発生を最小限に抑制できる。
なお、この実施形態では、点火時期を進角又は遅角補正することにより空燃比フィードバック制御の開始直後のトルク段差を抑制するようにしているが、空燃比フィードバック制御の開始（オープン制御からフィードバック制御への切り換え）時におけるトルク変動を相殺できるものであれば他の制御であってもよく、例えば、点火時期の進角／遅角補正に代えて又は加えて、吸入空気量Ｑａの増量／減量補正を用いるようにしてもよい。

この場合、Ｏ₂センサ活性時に空燃比がリッチのとくにはＯ₂センサの出力電圧が高いほど（空燃比がリッチであるほど）吸入空気量を増量させ、Ｏ₂センサ活性時に空燃比がリーンのときにはＯ₂センサの出力電圧が低いほど（空燃比がリーンであるほど）吸入空気量を減量させることになる。
図９は、始動後の空燃比制御として上記第３実施形態を用いた場合におけるタイムチャートである。図５、図７と同様に、Ｏ₂センサ活性時の空燃比がリッチの場合を実線、Ｏ₂センサ活性時の空燃比がリーンの場合を破線で示している。

目標空燃比補正係数ＴＦＢＹＡの設定により、始動直後に空燃比をリッチ化し、その後の時間経過と共に空燃比を徐々にストイキに収束させるように制御している。
ここで、Ｏ₂センサの活性を検出したときに（時刻ｔ１）、実線で示すように、Ｏ₂センサの出力電圧ＶＯ₂がリッチ領域にあると（すなわち、空燃比がリッチのときは）、目標空燃比補正係数ＴＦＢＹＡによる増量分（ＫＡＳ）を０とし、空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡの初期値を１として、直ちに空燃比フィードバック制御が開始される。このとき、トルク（増大）補正制御（点火時期の進角補正又は／及び吸入空気量Ｑａの増量補正）も行われ、これにより、空燃比フィードバック制御の開始（増量分ＫＡＳを０にしたこと）に伴うトルク減少分が相殺され、トルク段差の発生が抑制される。

一方、Ｏ₂センサの活性を検出したときに（時刻ｔ１）、破線で示すように、Ｏ₂センサの出力電圧ＶＯ₂がリーン領域にあると（すなわち、空燃比がリーンのときは）、目標空燃比補正係数ＴＦＢＹＡによる増量分（ＫＡＳ）を０にすると共に、その増量分（ＫＡＳ）を空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡに上乗せし、その初期値を１＋ＫＡＳとして、直ちに空燃比フィードバック制御が開始される。このとき、トルク（減少）補正制御（点火時期の遅角補正又は／及び吸入空気量Ｑａの減量補正）も行われ、これにより、空燃比フィードバック制御の開始（増量分ＫＡＳをＡＬＰＨＡに上乗せしたこと）に伴うトルク増大分が相殺され、トルク段差の発生は抑制される。

この実施形態によると、空燃比に応じて空燃比フィードバック補正係数の初期値を変更して空燃比フィードバック制御を開始すると共に、トルク補正制御（点火時期の進角／遅角補正、吸入空気量の増量／減量補正等）を実行するので、空燃比にかかわらず、ストイキへの収束を早めることができる共に、空燃比フィードバック制御の開始に伴うトルク段差の発生を抑制して運転性の悪化を防止できる。

なお、第３実施形態においても、第２実施形態（図５）のように、空燃比がリッチのときは、Ｏ₂センサの出力電圧ＶＯ₂がフィードバック制御開始判定スライスレベルＶＯ_SLに達してから空燃比フィードバック制御を開始するようにしてもよい。このようにすれば、トルク補正制御による補正量が小さくて済むというメリットがある。

本発明の一実施形態を示すエンジンのシステム図である。 燃料噴射量演算ルーチンのフローチャートである。 始動後の空燃比制御の第１実施形態を示すフローチャートである。 空燃比フィードバック制御ルーチンのフローチャートである。 第１実施形態のタイムチャートである。 始動後の空燃比制御の第２実施形態を示すフローチャートである。 第２実施形態のタイムチャートである。 始動後の空燃比制御の第３実施形態を示すフローチャートである。 第３実施形態のタイムチャートである。

符号の説明

１…エンジン、スロットル弁…４、６…燃料噴射弁、７…点火プラグ、１２…ＥＣＵ、１７…Ｏ₂センサ

Claims (7)

1. 始動直後に空燃比をリッチ化し、時間経過と共に空燃比を徐々にストイキに収束させるように設定される目標空燃比補正係数と、空燃比フィードバック制御条件にて空燃比センサからの信号に基づいて空燃比をストイキに収束させるように設定される空燃比フィードバック補正係数とを用いて、燃料噴射量を演算・制御するエンジンの空燃比制御装置において、
   前記空燃比センサの活性を検出した時点で、前記目標空燃比補正係数による増量分をカットすると共に、その増量分を前記空燃比フィードバック補正係数に上乗せする第１の制御と、
   前記空燃比センサの活性を検出した時点で、前記目標空燃比補正係数による増量分をカットし、その増量分の前記空燃比フィードバック補正係数への上乗せを行わない第２の制御と、を選択可能に構成し、
   前記空燃比センサの活性を検出した時点で、該空燃比センサの出力がリーン領域にあるときは前記第１の制御を、前記空燃比センサの出力がリッチ領域にあるときは前記第２の制御を選択することを特徴とするエンジンの空燃比制御装置。
2. 前記空燃比センサの活性を検出した時点で、該空燃比センサの出力がリーン領域にあるときは、前記目標空燃比補正係数による増量分をカットすると共に、その増量分を前記空燃比フィードバック補正係数に上乗せし、直ちに空燃比フィードバック制御を開始することを特徴とする請求項１記載のエンジンの空燃比制御装置。
3. 前記空燃比センサの活性を検出した時点で、該空燃比センサの出力がリッチ領域にあるときは、前記目標空燃比補正係数による増量分をカットし、直ちに空燃比フィードバック制御を開始することを特徴とする請求項１又は請求項２記載のエンジンの空燃比制御装置。
4. 前記空燃比センサの活性を検出した時点で、該空燃比センサの出力がリッチ領域にあるときは、前記目標空燃比補正係数による増量分をカットした後、空燃比センサの出力が所定のフィードバック制御開始判定スライスレベルに達してから空燃比フィードバック制御を開始することを特徴とする請求項１又は請求項２記載のエンジンの空燃比制御装置。
5. 前記空燃比センサの活性を検出した時点で、該空燃比センサの出力がリーン領域にあるときは、前記空燃比フィードバック制御を開始すると共に、点火時期の遅角補正又は吸入空気量の減量補正の少なくとも一方を行うことを特徴とする請求項２〜４のいずれか１つに記載のエンジンの空燃比制御装置。
6. 前記空燃比センサの活性を検出した時点で、該空燃比センサの出力がリッチ領域にあるときは、前記空燃比フィードバック制御を開始すると共に、点火時期の進角補正又は吸入空気量の増量補正の少なくとも一方を行うことを特徴とする請求項２〜５のいずれか１つに記載のエンジンの空燃比制御装置。
7. 前記点火時期の補正量又は前記吸入空気量の補正量は、活性を検出した時点における前記空燃比センサの出力に基づいて設定されるることを特徴とする請求項５又は請求項６記載のエンジンの空燃比制御装置。

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