JP2932941B2 - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、内燃機関の空燃比制
御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子制御の燃料噴射式機関は燃料計量精
度の高さから広く採用されており、その燃料噴射制御
は、機関の負荷と回転数から基本的な噴射量を算出し、
これを機関の温度、実空燃比およびその他の運転変数に
応じ補正して実際の噴射量を決定し、この噴射量を基に
噴射パルス信号を燃料噴射弁に出力する。

【０００３】ところで、こうした制御において、燃料噴
射弁からシリンダに達するまでの間に吸気管や吸気ポー
トの内壁面に付着し、あるいは浮遊している燃料（以
下、付着、浮遊燃料と総称する）の量が、過渡時には燃
料遅れとして生じ、これが空燃比の制御精度に影響す
る。

【０００４】そこで、この吸気系の付着、浮遊燃料の平
衡量、およびこの平衡量に対し１次遅れで変化する付
着、浮遊燃料量の演算値に基づいて、付着、浮遊状態
（付着、浮遊燃料量の増減速度）を判定し、これを基に
過渡補正量を求めて、この過渡補正量にて燃料噴射量を
補正するものを本出願人が提案している（特開昭６２ー
１０１８５５号、６３ー３８６２９号公報等参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような制
御にあっては、機関の始動時に吸気系の付着、浮遊燃料
量を平衡量と同じに設定したり、あるいは始動中は付
着、浮遊燃料量の増減がないものとして、始動開始時点
で付着、浮遊燃料量を求めたまま、始動後に付着、浮遊
燃料量の増減速度を基に燃料噴射量の補正を行うように
しているため、始動直後に空燃比を最適に保つのが難し
い。

【０００６】即ち、始動時には機関温度、クランキング
回転数、始動後時間等にて燃料噴射量を増量側に設定
し、また平衡量ＭＦＨは大きな値になるが、吸気系の付
着、浮遊燃料量ＭＦを平衡量ＭＦＨと同じにすると、図
１４のように平衡量ＭＦＨが減少する始動直後には、付
着、浮遊燃料量の増減速度ＶＭＦが負（減少側）の値と
なり、このため増減速度ＶＭＦに基づく燃料補正量が減
量補正となってしまう。この結果、始動直後に空燃比が
一時的に希薄になる。

【０００７】また、始動開始時点で付着、浮遊燃料量Ｍ
Ｆを求めたままだと、始動直後での付着、浮遊燃料量に
ずれを生じ、その分始動直後に空燃比が一時的に希薄に
なったりするのが避けられない。

【０００８】これらの対応策として、燃料噴射量を過剰
にリッチ側に設定したのでは、低温始動時のＨＣの増大
を招くことになる。

【０００９】この発明は、このような問題点を解決する
ことを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、図１に示
すように少なくとも機関回転数、機関負荷および機関温
度の運転条件を検出する運転条件検出手段１と、運転条
件に基づいて燃料の基本噴射量を演算する基本噴射量演
算手段２と、運転条件に基づいて吸気系の付着、浮遊燃
料の平衡量を演算する平衡量演算手段３と、運転条件と
吸気系の付着、浮遊燃料量と平衡量とに基づいて付着、
浮遊燃料量の増減速度を演算する増減速度演算手段４
と、増減速度と前記基本噴射量とに基づいて燃料噴射弁
からの燃料噴射量を制御する噴射量制御手段５と、増減
速度を基に前記付着、浮遊燃料量を更新する付着、浮遊
量演算手段６とを備える内燃機関の空燃比装置におい
て、機関が始動時であるか否かを判定する始動判定手段
７と、始動時に少なくとも機関温度と機関回転数とを基
に燃料噴射弁からの始動燃料噴射量を演算、制御する始
動時噴射量制御手段８と、この噴射量と運転条件とに基
づいて始動時の吸気系の付着、浮遊燃料の平衡量を演算
する始動時平衡量演算手段９と、この平衡量と機関温度
とを基に始動時の吸気系の付着、浮遊燃料量を演算する
始動時付着、浮遊量演算手段１０と、この始動時付着、
浮遊燃料量の最終演算値を始動後に前記増減速度演算手
段４の付着、浮遊燃料量の初期値として設定する始動後
初期値設定手段１１とを設けた。

【００１１】第２の発明は、第１の発明の始動時平衡量
演算手段９が、燃料噴射量に機関温度に基づく燃料の付
着、浮遊率を乗算して始動時の平衡量を求めるようにな
っている。

【００１２】第３の発明は、第１の発明の始動時付着、
浮遊量演算手段１０が、始動時の平衡量と前回の付着、
浮遊燃料量との差に機関温度により定めた付着、浮遊燃
料の応答係数を乗算して付着、浮遊燃料量を求めるよう
になっている。

【００１３】

【作用】第１の発明では、始動開始時から吸気系の付
着、浮遊燃料の平衡量と、平衡量と機関温度とを基に付
着、浮遊燃料量を演算すると共に、この始動時付着、浮
遊燃料量の最終演算値を始動後の付着、浮遊燃料量の初
期値として設定するので、この付着、浮遊燃料量の初期
値と、そのときの運転条件に基づく平衡量とを基に、始
動直後の付着、浮遊燃料量の増減速度を的確に求めるこ
とができ、その増減速度を基に燃料噴射量の補正を適正
に行える。

【００１４】第２の発明では、始動時の燃料噴射量に機
関温度に基づく燃料の付着、浮遊率を乗算することで、
始動時の平衡量が精度良く求まる。

【００１５】第３の発明では、始動時の平衡量と前回の
付着、浮遊燃料量との差に機関温度により定めた付着、
浮遊燃料の応答係数を乗算することで、始動時の付着、
浮遊燃料量が精度良く求まる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１７】図２において、２０はエンジン本体、２１
は吸気通路、２２は絞り弁、２３は吸気ポート２４に設
置した燃料噴射弁、２５は点火プラグ、２６は排気通
路、２７は触媒コンバータである。

【００１８】３０はエンジンの吸入空気量（負荷）を検
出するエアフローセンサ、３１は絞り弁２２の開度を検
出する絞り弁開度センサ、３２はエンジンの温度（冷却
水温）を検出する水温センサ、３３，３４は排気中の酸
素濃度から空燃比を検出する空燃比センサである。

【００１９】これらのセンサ信号は、エンジンの回転数
を検出するクランク角センサ、車速センサ、ならびにエ
ンジンスタートスイッチからの信号と共に、コントロー
ルユニット３５に入力される。

【００２０】コントロールユニット３５により、各セン
サ信号、エンジンスタートスイッチからの信号に基づ
き、燃料噴射弁２３の燃料噴射パルス幅が演算され、燃
料噴射量が制御される。

【００２１】なお、絞り弁２２のバイパス通路３６には
アイドルスピードコントロールバルブ３７が設置され
る。

【００２２】次に、燃料噴射量制御を図３〜図５のフロ
ーチャートに基づいて説明する。図３は始動時ならびに
始動後の燃料噴射パルス幅の演算フローを、図４は始動
時の吸気系の付着、浮遊燃料量、始動後の付着、浮遊燃
料量の増減速度等の演算フローを、図５は始動後の目標
空燃比の演算フローを示す。なお、各フローは所定の周
期で実行する。

【００２３】まず、始動時は、図３、図４のようにステ
ップ１，２１にてエンジンスタートスイッチのＯＮを判
定すると、それぞれステップ９，２７に進む。

【００２４】図３のステップ９では、水温ＴＷＳＴを基
に始動時水温基本噴射パルス幅ＴＣＳＴを演算する。こ
の始動時水温基本噴射パルス幅ＴＣＳＴは、図６のよう
なテーブルで与え、水温ＴＷＳＴが低いほど大きな値に
する。

【００２５】ステップ１０では、エンジンのクランキン
グ回転数によって始動時クランキング回転補正値ＴＣＳ
Ｎを演算する。この始動時クランキング回転補正値ＴＣ
ＳＮは、図７のようなテーブルで与え、回転数が低い側
で１に、回転数が高くなるにしたがい小さな値にする。

【００２６】ステップ１１では、始動後時間（エンジン
スタートスイッチのＯＮ時からの経過時間）ＴＡＳによ
って始動後時間補正値ＴＫＣＳを演算する。この始動後
時間補正値ＴＫＣＳは、図８のようなテーブルで与え、
所定の始動後時間以上で小さな値にする。

【００２７】ステップ１２では、これらの始動時水温基
本噴射パルス幅ＴＣＳＴ、始動時クランキング回転補正
値ＴＣＳＮ、始動後時間補正値ＴＫＣＳから、次式
（１）によって始動時の噴射パルス幅ＴＩＳＴを演算す
る。

【００２８】 ＴＩＳＴ＝ＴＣＳＴ×ＴＣＳＮ×ＴＫＣＳ …（１） そして、この始動時の噴射パルス幅ＴＩＳＴのパルス信
号を、ステップ１３で燃料噴射弁２３に出力する。

【００２９】なお、始動時の噴射パルス幅ＴＩＳＴは、
エンジン回転数とエンジン負荷とから基本噴射パルス幅
Ｔｐを算出して、これに予め定めた混合比割付係数、水
温増量補正係数、始動増量係数等による補正を加えて、
求めるようにしても良い。

【００３０】一方、図４のステップ２７では、水温ＴＷ
ＳＴを基に定めた始動時の平衡付着、浮遊率ＫＭＦＨＳ
Ｔを求め、図３の始動時の噴射パルス幅ＴＩＳＴとこの
始動時の平衡付着、浮遊率ＫＭＦＨＳＴとから、次式
（２）によって始動時の吸気系の付着、浮遊燃料の平衡
量ＭＦＨＳＴを演算する。

【００３１】 ＭＦＨＳＴ＝ＴＩＳＴ×ＫＭＦＨＳＴ …（２） ここで、始動時平衡付着、浮遊率ＫＭＦＨＳＴは、図９
のようなテーブルで与え、水温ＴＷＳＴが低いほど大き
な値となる。

【００３２】即ち、始動時には燃料付着部の温度（水温
ＴＷＳＴにほぼ等しい）が低いほど付着可能な燃料量が
大きくなっており、例えば水温ＴＷＳＴ＝０℃のとき
は、平衡量ＭＦＨＳＴは始動時の燃料噴射量のほぼ１１
倍である。なお、始動後は燃料の減量によって平衡量は
減少する。

【００３３】ステップ２８では、水温ＴＷＳＴによって
定めた始動時の付着、浮遊燃料の応答性（増減率）に関
する始動時付着、浮遊燃料応答係数ＫＭＦＳＴを求め
る。この始動時付着、浮遊燃料応答係数ＫＭＦＳＴは、
図１０のようなテーブルで与え、水温ＴＷＳＴが高いほ
ど大きな値となる。

【００３４】ステップ２９では、これらの平衡量ＭＦＨ
ＳＴ、始動時付着、浮遊燃料応答係数ＫＭＦＳＴから、
次式（３）によって始動時の吸気系の付着、浮遊燃料量
ＭＦを演算する。

【００３５】 ＭＦ＝ＭＦ(-1) ＋［ＭＦＨＳＴ−ＭＦ(-1)］×ＫＭＦＳＴ …（３） なお、ＭＦ(-1) は前回演算されたＭＦで、始動開始時
には０である。

【００３６】このように始動時の燃料噴射を行い、始動
時の吸気系の付着、浮遊燃料量ＭＦ、平衡量ＭＦＨＳＴ
の演算を行うと共に、始動を終えるとその直前に演算し
た付着、浮遊燃料量ＭＦを始動後の付着、浮遊燃料量の
初期値として設定する。

【００３７】次に、始動後は、図３、図４のステップ
２，２２に進む。

【００３８】図４のステップ２２では、始動後のエンジ
ン負荷と水温ＴＷとを基に始動後の吸気系の付着、浮遊
燃料の平衡量ＭＦＨを演算する。この平衡量ＭＦＨは、
図１１のようなマップで与え、エンジン負荷が小さく
（燃料の基本噴射量が小さい）、水温ＴＷが高いときに
小さな値となり、エンジン負荷が大きく（燃料の基本噴
射量が大きい）、水温ＴＷが低くなるほど大きな値とな
る。

【００３９】ステップ２３では、エンジン負荷と水温Ｔ
Ｗとによって定めた始動後の付着、浮遊燃料の応答性
（増減率）に関する付着、浮遊燃料応答係数ＫＭＦを求
める。この付着、浮遊燃料応答係数ＫＭＦは、図１２の
ようなテーブルで与え、エンジン負荷が大きく、水温Ｔ
Ｗが低いときに小さな値となり、エンジン負荷が小さ
く、水温ＴＷが高くなるほど大きな値となる。なお、図
１２のように水温ＴＷの影響が強い。

【００４０】ステップ２４では、これらの平衡量ＭＦ
Ｈ、付着、浮遊燃料応答係数ＫＭＦから、次式（４）に
よって始動後の吸気系の付着、浮遊燃料量ＭＦを演算す
る。

【００４１】 ＭＦ＝ＭＦ(-1) ＋［ＭＦＨ−ＭＦ(-1)］×ＫＭＦ …（４） なお、ＭＦ(-1) は前回演算されたＭＦで、この場合、
初期値に前述の始動終了直前に演算した付着、浮遊燃料
量を用いる。

【００４２】ステップ２５では、（４）式から始動後の
付着、浮遊燃料量の増減速度ＶＭＦを求める。つまり、
付着、浮遊燃料量ＭＦの増減分［ＭＦＨ−ＭＦ(-1)］×
ＫＭＦ＝増減速度ＶＭＦである。

【００４３】そして、この増減速度ＶＭＦは、正の場合
は付着、浮遊量として奪われる燃料量、負の場合は付
着、浮遊量からエンジンに吸入される燃料量で、この燃
料量によってステップ２６で燃料噴射の過渡補正量ＫＡ
ＴＨＯＳ（＝増減速度ＶＭＦ）を演算する。

【００４４】一方、図３のステップ２では、エンジンの
回転数と吸入空気量とから始動後の基本噴射パルス幅Ｔ
ｐを演算し、ステップ３では、エンジンの各条件から目
標空燃比ＴＦＢＹＡを演算する。

【００４５】ステップ４では、空燃比センサ３３からの
空燃比フィードバック信号に応じて空燃比補正係数αを
演算し、ステップ５では、その空燃比補正係数αを基に
空燃比補正学習値αｍを演算する。この空燃比補正学習
値αｍは、空燃比補正係数αによる補正幅が大きいとき
に求める。なお、空燃比制御域にないときは、α、αｍ
を１にする。

【００４６】ステップ６では、図４のステップ２６で求
めた過渡補正量ＫＡＴＨＯＳを読み込み、ステップ７で
は、電圧低下に伴う燃料噴射弁２３の開弁遅れを補正す
るための電圧補正Ｔｓを求める。

【００４７】ステップ８では、これらの基本噴射パルス
幅Ｔｐ、目標空燃比ＴＦＢＹＡ、空燃比補正係数α、空
燃比補正学習値αｍ、過渡補正量ＫＡＴＨＯＳ、電圧補
正Ｔｓから、次式（５）によって始動後の噴射パルス幅
Ｔｉを演算する。

【００４８】 Ｔｉ＝（Ｔｐ＋ＫＡＴＨＯＳ）×ＴＦＢＹＡ×（α＋αｍ）＋Ｔｓ …（５） そして、この噴射パルス幅Ｔｉのパルス信号を、ステッ
プ１３で燃料噴射弁２３に出力する。

【００４９】このように始動後に吸気系の付着、浮遊燃
料の平衡量ＭＦＨ、始動終了直前の付着、浮遊燃料量を
初期値に始動後の付着、浮遊燃料量ＭＦ、これらを基に
始動後の付着、浮遊燃料量の増減速度ＶＭＦつまり過渡
補正量ＫＡＴＨＯＳを演算して、燃料噴射を行う。

【００５０】次に、始動時から始動直後の作用を説明す
ると、図１３のようにエンジンスタートスイッチがＯＮ
すると、燃料噴射が開始されると共に、吸気系の付着、
浮遊燃料の平衡量ＭＦＨ（ＭＦＨＳＴ）、付着、浮遊燃
料量ＭＦの演算が行われる。

【００５１】この始動過程で、平衡量ＭＦＨは微小に減
少し、付着、浮遊燃料量ＭＦは０から徐々に増加する。
付着、浮遊燃料量の増減速度ＶＭＦ＝［ＭＦＨＳＴ−Ｍ
Ｆ(-1)］×ＫＭＦＳＴは徐々に減少する。

【００５２】そして、始動を終えると、エンジン負荷と
水温とによって始動後の平衡量ＭＦＨ、付着、浮遊燃料
量ＭＦ、付着、浮遊燃料量の増減速度ＶＭＦの演算が行
われるが、この場合付着、浮遊燃料量ＭＦの初期値に始
動終了直前に演算された値が設定される。

【００５３】このため、制御の連続性が維持され、付
着、浮遊燃料量ＭＦ、付着、浮遊燃料量の増減速度ＶＭ
Ｆが正確に求められる。

【００５４】このように付着、浮遊燃料量ＭＦ、付着、
浮遊燃料量の増減速度ＶＭＦが正確に求められるため、
その増減速度ＶＭＦに基づく過渡補正量ＫＡＴＨＯＳに
よって燃料噴射量の補正が適正に行われ、これにより始
動直後に空燃比が目標空燃比にスムーズに移行される。

【００５５】したがって、従来のように始動直後に空燃
比が一時的に希薄になるようなことはなく、この結果始
動直後に燃料の過剰な増量補正を行わなくても、安定性
を保つことができ、始動直後のエミッション排出量を低
減できる。

【００５６】また、この場合始動時の平衡量ＭＦＨＳＴ
を燃料噴射量と平衡付着、浮遊率ＫＭＦＨＳＴとによっ
て求めるので、始動時の平衡量ＭＦＨＳＴを精度良く求
めることができ、またこの平衡量ＭＦＨＳＴと前回の付
着、浮遊燃料量ＭＦ（-1）との差に機関温度により定め
た付着、浮遊燃料の応答係数ＫＭＦＳＴを乗算し、これ
に前回の付着、浮遊燃料量ＭＦ（-1）を加算すること
で、始動中の付着、浮遊燃料量ＭＦを容易に精度良く求
めることができる。

【００５７】なお、始動後の目標空燃比ＴＦＢＹＡは、
図５のようにステップ４１〜４５にて、それぞれ水温、
エンジン回転数、ノッキング状態、絞り弁開度等に基づ
いて予め設定したテーブル、マップから、始動後増量補
正係数ＫＡＳ、水温増量係数ＫＴＷ、高水温増量係数Ｋ
ＨＯＴ、ノック制御リタード時増量係数ＭＲＫＮＫ、混
合比割付係数ＫＭＲを読み込み、ステップ４６にてこれ
らの値から次式（６）によって演算する。

【００５８】 ＴＦＢＹＡ＝ＫＡＳ＋ＫＴＷ＋ＫＨＯＴ＋ＭＲＫＮＫ＋ＫＭＲ …（６）

【００５９】

【発明の効果】以上のように第１の発明によれば、少な
くとも機関回転数、機関負荷および機関温度の運転条件
を検出する運転条件検出手段と、運転条件に基づいて燃
料の基本噴射量を演算する基本噴射量演算手段と、運転
条件に基づいて吸気系の付着、浮遊燃料の平衡量を演算
する平衡量演算手段と、運転条件と吸気系の付着、浮遊
燃料量と平衡量とに基づいて付着、浮遊燃料量の増減速
度を演算する増減速度演算手段と、増減速度と前記基本
噴射量とに基づいて燃料噴射弁からの燃料噴射量を制御
する噴射量制御手段と、増減速度を基に前記付着、浮遊
燃料量を更新する付着、浮遊量演算手段とを備える内燃
機関の空燃比装置において、機関が始動時であるか否か
を判定する始動判定手段と、始動時に少なくとも機関温
度と機関回転数とを基に燃料噴射弁からの始動燃料噴射
量を演算、制御する始動時噴射量制御手段と、この噴射
量と運転条件とに基づいて始動時の吸気系の付着、浮遊
燃料の平衡量を演算する始動時平衡量演算手段と、この
平衡量と機関温度とを基に始動時の吸気系の付着、浮遊
燃料量を演算する始動時付着、浮遊量演算手段と、この
始動時付着、浮遊燃料量の最終演算値を始動後に前記増
減速度演算手段の付着、浮遊燃料量の初期値として設定
する始動後初期値設定手段とを設けたので、始動時から
制御の連続性を維持して、始動直後の付着、浮遊燃料量
の増減速度による燃料噴射量の補正を的確に行うことが
でき、したがって始動直後に燃料の過剰な増量補正を行
わずにすみ、始動直後のエミッション排出量を低減でき
る。

【００６０】第２の発明によれば、始動時の平衡量を精
度良く求めることができ、始動直後の燃料噴射量の補正
をより的確に行うことができる。

【００６１】第３の発明によれば、始動時の付着、浮遊
燃料量を精度良く求めることができ、始動直後の燃料噴
射量の補正をより的確に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の構成図である。

【図２】実施例の構成図である。

【図３】制御内容を示すフローチャートである。

【図４】制御内容を示すフローチャートである。

【図５】制御内容を示すフローチャートである。

【図６】始動時水温基本噴射パルス幅の特性図である。

【図７】クランキング回転補正値の特性図である。

【図８】始動後時間補正値の特性図である。

【図９】始動時平衡付着、浮遊率の特性図である。

【図１０】始動時付着、浮遊燃料応答係数の特性図であ
る。

【図１１】始動後の平衡量の特性図である。

【図１２】始動後の付着、浮遊燃料応答係数の特性図で
ある。

【図１３】実施例の作用を説明する波形図である。

【図１４】従来の波形図である。

【符号の説明】

２０ エンジン本体 ２１ 吸気通路 ２２ 絞り弁 ２３ 燃料噴射弁 ２４ 吸気ポート ３０ エアフローセンサ ３１ 絞り弁開度センサ ３２ 水温センサ ３３，３４ 空燃比センサ ３５ コントロールユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02D 41/06 330 F02D 41/04 330 F02D 45/00 312

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも機関回転数、機関負荷および
   機関温度の運転条件を検出する運転条件検出手段と、運
   転条件に基づいて燃料の基本噴射量を演算する基本噴射
   量演算手段と、運転条件に基づいて吸気系の付着、浮遊
   燃料の平衡量を演算する平衡量演算手段と、運転条件と
   吸気系の付着、浮遊燃料量と平衡量とに基づいて付着、
   浮遊燃料量の増減速度を演算する増減速度演算手段と、
   増減速度と前記基本噴射量とに基づいて燃料噴射弁から
   の燃料噴射量を制御する噴射量制御手段と、増減速度を
   基に前記付着、浮遊燃料量を更新する付着、浮遊量演算
   手段とを備える内燃機関の空燃比装置において、機関が
   始動時であるか否かを判定する始動判定手段と、始動時
   に少なくとも機関温度と機関回転数とを基に燃料噴射弁
   からの始動燃料噴射量を演算、制御する始動時噴射量制
   御手段と、この噴射量と運転条件とに基づいて始動時の
   吸気系の付着、浮遊燃料の平衡量を演算する始動時平衡
   量演算手段と、この平衡量と機関温度とを基に始動時の
   吸気系の付着、浮遊燃料量を演算する始動時付着、浮遊
   量演算手段と、この始動時付着、浮遊燃料量の最終演算
   値を始動後に前記増減速度演算手段の付着、浮遊燃料量
   の初期値として設定する始動後初期値設定手段とを設け
   たことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
2. 【請求項２】 前記始動時平衡量演算手段は、燃料噴射
   量に機関温度に基づく燃料の付着、浮遊率を乗算して始
   動時の平衡量を求めるようになっている請求項１に記載
   の内燃機関の空燃比制御装置。
3. 【請求項３】 前記始動時付着、浮遊量演算手段は、始
   動時の平衡量と前回の付着、浮遊燃料量との差に機関温
   度により定めた付着、浮遊燃料の応答係数を乗算して付
   着、浮遊燃料量を求めるようになっている請求項１に記
   載の内燃機関の空燃比制御装置。