JP2005180354A - 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センサの出力がリッチ領域にあるときは（ＶＯ₂＞ＶＯ_SL1）、ＴＦＢＹＡによる増量分（ＫＡＳ）をカットし（第１の制御）、空燃比フィードバック制御を開始する一方、Ｏ₂センサの出力がストイキ領域にあるときは（Ｖ_OSL1≧ＶＯ₂≧ＶＯ_SL2）、引き続き、時間経過と共にＴＦＢＹＡを減少させ（第２の制御）、増量分が０になってから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。

また、始動時の温度条件や部品バラツキの影響によっては、目標空燃比補正係数ＴＦＢＹＡによりリッチ化しようとしても、実際の空燃比はストイキ近傍となっている場合があり、かかる場合において空燃比フィードバック制御を開始してしまうと、空燃比の振動を招いて、かえって運転性を悪化させるおそれがある。
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第１の制御と、空燃比センサの活性を検出した後も、引き続き、時間経過と共に前記目標空燃比補正係数を減少させる第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ッチ領域にあるときは第１の制御を、空燃比センサの出力がストイキ領域にあるときは第２の制御を選択するようにした。

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に応じて、始動直後における空燃比制御の方法を切り換えるようにしたので、運転性の悪化を最小限に抑制しつつ、ストイキへの収束性を高め、エミッション及び燃費を向上させることができる。

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。ＥＣＵ１２には、さらにスタートスイッチ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、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、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）、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（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ＶＯ₂が予め定めたストイキ領域（ＶＯ_SL1≧ＶＯ₂≧ＶＯ_SL2）にあるか否かを判定する。出力電圧ＶＯ₂がストイキ領域にあればＯ₂センサ活性時に空燃比がストイキ近傍にあるとしてＳ１６に進み、ストイキ領域にないときはＳ１７に進む。なお、ここで用いるＶＯ_SL1はリッチ側スライスレベルとして、ＶＯ_SL2（＜ＶＯ_SL1）はリーン側スライスレベルとして予め定められた値である。

Ｓ１６では、始動後増量率ＫＡＳが０になったか否か（目標空燃比補正係数ＴＦＢＹＡが１になったか否か）を判定する。始動後増量分ＫＡＳ＝０（ＴＦＢＹＡ＝１）であれば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）。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。一方、ＫＡＳ＞０（ＴＦＢＹＡ＞１）であればＳ１３に戻り、引き続き、ＴＦＢＹＡを減少させる。

これにより、Ｏ₂センサの活性が検出されても（空燃比フィードバック制御の開始が許可されても）、その時点における空燃比がストイキ近傍である場合には、直ちに空燃比フィードバック制御を開始することなく、始動後増量率ＫＡＳが０になるのを待ってから空燃比フィードバック制御を開始することになる。但し、Ｏ₂センサの活性時における空燃比がストイキ近傍であっても、その後、始動後補正率ＫＡＳが０になるまでの間に、Ｏ₂センサの出力電圧がストイキ領域から外れたときは、Ｓ１５からＳ１７へと進み、後述する処理が行われることになる。

Ｓ１７では、Ｏ₂センサの出力電圧ＶＯ₂がリッチ側スライスレベルＶＯ_SL1を超えている（リッチ領域にあるか）否かを判定する。ＹＥＳの場合はＯ₂センサの活性時における空燃比がリッチであるとしてＳ１８に進み、ＮＯの場合はＯ₂センサの活性時における空燃比がリーンであるとしてＳ１９に進む。
Ｓ１８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）、その後、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。

Ｓ１９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、その後、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。

これにより、Ｏ₂センサ活性時に空燃比がリッチの場合には、目標空燃比補正係数ＴＦＢＹＡによる増量分（ＫＡＳ）をカットして、直ちに空燃比フィードバック制御が開始され、Ｏ₂センサ活性時に空燃比がリーンの場合には、目標空燃比補正係数ＴＦＢＹＡによる増量分（ＫＡＳ）をカット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に上乗せしたうえで、直ちに空燃比フィードバック制御が開始されることになる。

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。図５において、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ストイキ近傍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がリッチ側スライスレベルＶＯ_SL1を超えていると（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にすると共に空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡを１に設定し、直ちに空燃比フィードバック制御が開始される。

このように、Ｏ₂センサの活性を検出した時点で空燃比がリッチのときは、直ちに空燃比フィードバック制御を開始することで、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できる。
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がリッチ側スライスレベルＶＯ_SL1とリーン側スライスレベルＶＯＳＬ２の間にあると（すなわち、空燃比がストイキ近傍のときは）、引き続き、目標空燃比補正係数ＴＦＢＹＡを減少させ、その増量分（ＫＡＳ）が０となった時点で空燃比フィードバック制御が開始される（時刻ｔｂ）。

Ｏ₂センサ活性時における空燃比がストイキ近傍のときは、そのままであってもエミッション及び運転性に悪影響はない。しかし、空燃比フィードバック制御を開始すると、ストイキへ収束させることにはなるが、かかるフィードバック制御によって実際の空燃比が振動することになるから、かえって運転性を悪化させるおそれがある。そこで、すでに空燃比がストイキ近傍となっているときは、空燃比フィードバック制御の開始を意図的に遅らせて、すなわち、目標空燃比補正係数ＴＦＢＹＡによる増量分（ＫＡＳ）が０になるのを待ってから空燃比フィードバック制御を開始することとし、空燃比の振動に伴う運転性の悪化を防止するようにしたものである。

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ッチのときは、目標空燃比補正係数ＴＦＢＹＡによる増量分（ＫＡＳ）をカットすると共に空燃比フィードバック制御を開始する一方、Ｏ₂センサ活性時における空燃比がストイキ近傍のときには、引き続き、時間経過と共に目標空燃比補正係数ＴＦＢＹＡによる増量分（ＫＡＳ）を減少させ、この増量分（ＫＡＳ）が０近傍（０又はほぼ０）になってから空燃比フィードバック制御を開始するので、運転性の悪化を抑制しつつ、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。

なお、以上では、Ｏ₂センサ活性時における空燃比がストイキ近傍のときは、目標空燃比補正係数ＴＦＢＹＡによる増量分（ＫＡＳ）が０になるのを待っ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いるが、ＫＡＳが完全に０になっていなくとも、０近傍となったときに空燃比フィードバック制御を開始するようにしても、ほぼ同様の効果が得られる。

また、Ｏ₂センサ活性時における空燃比がストイキ近傍で、時間経過と共に目標空燃比補正係数ＴＦＢＹＡによる増量分（ＫＡＳ）を減少させているときであっても、その途中でＯ₂センサの出力電圧（空燃比）がストイキ領域を外れたときは、増量分（ＫＡＳ）を０にし、空燃比フィードバック制御を開始するようにしたので、運転状態等の状況の変化によって空燃比が急変した場合であっても、ストイキへの収束性を良好に維持できる。

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ものである。
図６において、Ｓ３１〜Ｓ３８及びＳ４０は、図３におけるＳ１１〜Ｓ１８及びＳ２０と同じであるので説明を省略する。
Ｓ３８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、Ｓ３９に進む。

Ｓ３９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_SL3（＜ＶＯ_SL1）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_SL3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ストイキ近傍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がリッチ側スライスレベルＶＯ_SL1を超えていると（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にするが、第１実施形態（図５参照）と異なり、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_SL3に達してから空燃比フィードバック制御が開始される（時刻ｔａ）。

これにより、目標空燃比補正係数ＴＦＢＹＡによる増量分（ＫＡＳ）を０にした効果が反映された後に（検出遅れを待って）、検出空燃比（Ｏ₂センサからの信号）に基づく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、Ｏ₂センサの活性を検出したときに（時刻ｔ１）、Ｏ₂センサの出力電圧ＶＯ₂がリッチ側スライスレベルＶＯ_SL1とリーン側スライスレベルＶＯ_SL2の間にあると（すなわち、空燃比がストイキ近傍のときは）、引き続き、目標空燃比補正係数ＴＦＢＹＡを減少させ、その増量分（ＫＡＳ）が０となった時点で空燃比フィードバック制御が開始される（時刻ｔｂ）。

なお、この実施形態では、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_SL3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た時点から、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〜Ｓ４７及びＳ５１は、図３におけるＳ１１〜Ｓ１７及びＳ２０と同じであるので説明を省略する。
Ｓ４８では、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ΔＩＴ（＝ｆ３（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ΔＩＴを大きく設定する。

Ｓ４９では、基本点火時期ＩＴｂａｓｅと進角補正量ΔＩＴとから、次式により補正後の点火時期を算出し、点火プラグ７に出力する（点火時期の遅角補正を行う）。
ＩＴ＝ＩＴｂａｓｅ−ΔＩＴ
なお、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。

Ｓ５０では、目標空燃比補正係数ＴＦＢＹＡによる増量分（ＫＡＳ）をカットして（ここでは０にする）、通常の空燃比フィードバック制御（λ制御）に移行する。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。
Ｏ₂センサ活性時に空燃比がリッチの場合には、空燃比フィードバック制御を行うが、この空燃比フィードバック制御の開始時には、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に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に際して、空燃比がリッチであるほど点火時期を進角させる（進角補正する）ことでトルクの減少分を補い、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、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）時におけるトルク減少分を補うものであれば他の制御であってもよく、例えば、点火時期の進角補正に代えて、又は加えて、吸入空気量Ｑａを増量補正するようにしてもよい。この場合、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ストイキ近傍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がリッチ側スライスレベルＶＯ_SL1を超えていると（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にすると共に空燃比フィードバック補正係数ＡＬＰＨＡを１に設定し、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、空燃比フィードバック制御の開始に伴うトルク減少分を補うトルク補正制御（点火時期の進角補正又は／及び吸入空気量Ｑａの増量補正）も開始される。

このように、Ｏ₂センサの活性を検出した時点で空燃比がリッチのときは、直ちに空燃比フィードバック制御を開始すると共に、トルク補正制御を実行することで、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に伴うトルク段差（増量分ＫＡＳを０にすることで生じるトルク減少）の発生を抑制して運転性の悪化を防止できる。

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がリッチ側スライスレベルＶＯ_SL1とリーン側スライスレベルＶＯＳＬ２の間にあると（すなわち、空燃比がストイキ近傍のときは）、引き続き、目標空燃比補正係数ＴＦＢＹＡを減少させ、その増量分（ＫＡＳ）が０となった時点で空燃比フィードバック制御が開始される（時刻ｔｂ）。

この実施形態によると、空燃比フィードバック制御の開始時にトルク補正制御（点火時期の進角補正、吸入空気量の増量補正等）を実行するので、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_SL3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トルク増大分をより小さなものにできる。

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 (8)

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第１の制御と、
   前記空燃比センサの活性を検出した後も、引き続き、時間経過と共に前記目標空燃比補正係数を減少させる第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ッチ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所定のストイキ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、前記空燃比センサの出力がリッチ領域にあるときは、前記目標空燃比補正係数による増量分をカットすると共に、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、前記空燃比センサの出力がリッチ領域にあるときは、前記目標空燃比補正係数による増量分をカットした後、前記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、前記空燃比センサの出力が所定のストイキ領域にあるときは、時間経過と共に前記目標空燃比補正係数を減少させ、該目標空燃比補正係数による増量分が０近傍になっ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１〜３のいずれか１つに記載のエンジンの空燃比制御装置。
5. 前記目標空燃比補正係数を減少させる途中で、前記空燃比センサの出力が所定のストイキ領域を外れたときには、前記目標空燃比補正係数による増量分をカットし、空燃比フィードバック制御を開始するようにしたことを特徴とする請求項４記載のエンジンの空燃比制御装置。
6. 前記空燃比フィードバック制御を開始すると共に、前記目標空燃比補正係数による増量分をカットすることで生じる減少分を補うようにトルク補正制御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. 前記トルク補正制御は、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補正量を設定することを特徴とする請求項６記載のエンジンの空燃比制御装置。
8. 前記トルク補正制御は、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６又は７記載のエンジンの空燃比制御装置。
   

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