JP3686098B2 - 始動時燃料制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、主として自動車に搭載される燃料噴射式のスパークプラグを有する内燃機関における始動時燃料制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
吸気圧とエンジン回転数とに基づいて噴射量を決定して噴射する燃料噴射式のエンジンでは、始動時の燃料要求量はエンジンの温度が低いほど多いのが一般的で、始動時噴射量はエンジンの温度、クランキング時の回転数、吸気温及び大気圧により決定している。具体的には、通常、エンジンの温度は、エンジンの冷却水の温度を測定して検知しており、その冷却水温を利用して、対応する始動時噴射量を予め設定してあるマップより補間して決定し、始動時の燃料供給量を制御している。このようなエンジンでは、冷却水温の検出にはセンサを用いているが、エンジンの経時変化により要求噴射量が実際とは大幅に異なる場合や、燃料系の異常、例えばインジェクタの吐出流量低下や燃圧低下等により始動しない場合がある。また、高地等の大気圧の低い場所と平地では大気圧に差があり、その結果、吸気圧が低くなる高地等において始動しない場合がある。
【０００３】
このような状況に鑑みて、例えば、特開平１−２６２３３８号公報に記載のもののように、始動時噴射量を周期的に増減させるようにして、格別にエンジン状況を検出せずとも、始動時噴射量をエンジンの要求噴射量に適合させるものが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のものでは、周期的に増減させた始動時噴射量が実際の要求噴射量に対して逆に作用する場合がある。つまり、実際には冷却水温が高く、比較的少量の燃料が要求されているにもかかわらず、噴射量を増加する周期と一致した場合には、要求噴射量を上回ることがあり、空燃比がオーバーリッチになる可能性があり、始動不良を招くことがある。また、逆の場合にも、空燃比がオーバーリーンになる恐れがあり、同様に始動不良となり易い。
【０００５】
本発明は、このような不具合を解消することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。すなわち、本発明に係る始動時燃料制御方法は、スパークプラグを有する内燃機関の温度に少なくとも基づいて始動時噴射量を決定し、決定した始動時噴射量の燃料を噴射して内燃機関を始動する始動時燃料制御方法において、始動時にシリンダ内にイオン電流を流し、流れたイオン電流を検出し、検出したイオン電流に基づいてスパークプラグに燃料やカーボンが付着しているか否かを判定し、付着を判定した場合に燃料噴射量を低減することを特徴とする。
【０００７】
【作用】
スパークプラグを有する内燃機関においては、始動時に始動時噴射量が要求噴射量以上になる、つまり空燃比がリッチの状態になると、燃焼し得ない燃料及びカーボンがスパークプラグに付着する。しかして、燃焼時にイオン電流を流すと、付着した燃料やカーボンを介してイオン電流がリークするために、正常な燃焼の場合に比較して、大きなイオン電流が流れることになる。それゆえ、イオン電流の電流値を検出し、その検出した電流値が所定値より大であることを判定すれば、空燃比がリッチつまり過剰な始動時噴射量の燃料が噴射されたことを検出し得ることとなる。よって、燃料噴射量を低減し、適正な始動時噴射量に是正し、始動時の正常な燃焼を実現し、始動不良となるなることを防止する。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を、図面を参照して説明する。
【０００９】
図１に概略的に示したエンジン１００は自動車用の３気筒のもので、その任意の１気筒、例えば第１気筒を図示している。吸気系１には図示しないアクセルペダルに応動して開閉するスロットルバルブ２が配設され、その下流側にはサージタンク３が設けられている。サージタンク３に連通する一方の端部近傍には、さらに燃料噴射弁５が設けてあり、この燃料噴射弁５を、電子制御装置６により各気筒毎に独立して噴射すべく制御するようにしている。また排気系２０には、排気ガス中の酸素濃度を測定するための空燃比センサ２１が、図示しないマフラに至るまでの管路に配設された三元触媒２２の上流の位置に取り付けられている。この空燃比センサ２１は、通常のＯ_２センサとほぼ同様の構成を有しており、大気側電極と排気側電極との間に一定電圧を印加することによって、フィードバック制御時の理論空燃比の場合からリーンバーン領域における空燃比の場合に亘って、排気ガス中の酸素濃度に応じた電流を略直線的な特性にて出力するものである。
【００１０】
電子制御装置６は、中央演算処理装置７と、記憶装置８と、入力インターフェース９と、出力インターフェース１１とを具備してなるマイクロコンピュータシステムを主体に構成されており、その入力インターフェース９には、吸気系１の吸入空気量を検出するためのエアフロメータ１３から出力される吸入空気量信号ａ、エンジン回転数ＮＥを検出するためのカムポジションセンサ１４から出力される回転数信号ｂ、車速を検出するための車速センサ１５から出力される車速信号ｃ、スロットルバルブ２の開閉状態を検出するためのアイドルスイッチ１６から出力されるＬＬ信号ｄ、エンジン１００温度である冷却水温を検出するための水温センサ１７から出力される水温信号ｅ、上記した空燃比センサ２１から出力される電流信号ｈなどが入力される。一方、出力インターフェース１１からは、燃料噴射弁５に対して燃料噴射信号ｆが、またスパークプラグ１８に対してイグニッションパルスｇが出力されるようになっている。なお、図示しないが、電子制御装置６には、入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器を内蔵している。
【００１１】
また、３気筒の内の任意の一気筒（この実施例では第１気筒）のスパークプラグ１８には、高圧ダイオード２３を介してイオン電流を測定するためのバイアス用電源２４が接続されている。すなわち、スパークプラグ１８の中心電極に正（プラス）のバイアス電圧が印加できるように接続され、正の電圧でイオン電流が流れるように構成されている。このバイアス電源２４を含むイオン電流測定回路２５及びその測定方法それ自体は、当該分野で知られている種々の方法が使用できる。イオン電流測定回路２５のもっとも単純な構成としては、イオン電流を増幅するイオン回路と、イオン回路から出力されるイオン電流の瞬時値を所定時間毎に出力するピークホールド回路とを備えるものが挙げられる。
【００１２】
電子制御装置６には、エアフロメータ１３から出力される吸入空気量信号ａと回転数センサ１４から出力される回転数信号ｂとをおもな情報とし、エンジン状態に応じて決まる各種の補正係数で基本噴射時間を補正して燃料噴射弁開成時間すなわちインジェクタ最終通電時間Ｔを決定し、その決定された通電時間により燃料噴射弁５を制御して、エンジン負荷に応じた燃料を該燃料噴射弁５から吸気系１に噴射させるためのプログラムが内蔵してある。しかして、そのプログラムにおいては、特に、冷却水温に少なくとも基づいて決定される始動時噴射量による始動時の制御のために、始動時にシリンダ１０内にイオン電流を流し、流れたイオン電流を検出し、検出したイオン電流に基づいてスパークプラグに燃料やカーボンが付着しているか否かを判定し、付着を判定した場合に燃料噴射量を低減するようにプログラミングしてある。
【００１３】
この始動時噴射制御プログラムの概要は、図２、３、４に示す。なお、イオン電流の大きさを検出するルーチンは、例えば４〜５ｍｓｅｃ毎に、オーバーリッチ・オーバーリーン（以下、Ｒ／Ｌと称する）補正係数ＦＦＯＲＬの演算ルーチチンは、例えば１８０°ＣＡ毎に、実行するものとする。
【００１４】
Ａ／Ｄ変換処理ルーチンから説明する。このＡ／Ｄ変換処理により、各燃焼毎のイオン電流が検出されるもので、この実施例では、イオン電流の瞬時値を合計することによりイオン電流の積分値を求め、その積分値の大小によりイオン電流の大小を判定している。具体的にはまず、ステップＳＡ１では、エンジン１００の制御で欠かすことのできない基本的な変化量であり、イオン電流以外にＡ／Ｄ変換が必要な信号、例えば吸入空気量信号ａ、水温信号ｅ等のアナログ信号を、イオン電流のＡ／Ｄ変換に先立ってデジタル信号に変換する。ステップＳＡ２では、イオン電流測定回路２５から出力されるイオン電流のアナログ瞬時値をＡ／Ｄ変換し、そのＡ／Ｄ変換値をイオン電流瞬時値ＩＯＮＡＤとして記憶装置８に記憶する。ステップＳＡ３では、今回のＡ／Ｄ変換処理において算出されたイオン電流瞬時値ＩＯＮＡＤを、それまでに算出されたイオン積算値ＳＩＯＮに加算して、新たにイオン積算値ＳＩＯＮを算出する。すなわち、１回の燃焼において、イオン電流測定回路２５から出力されるアナログ信号は複数個あり、そのそれぞれをＡ／Ｄ変換して合計（積算）することにより、イオン電流の大きさを検出している。
【００１５】
次に、Ｒ／Ｌ補正係数ＦＦＯＲＬの演算ルーチンについて、図３において説明する。まずステップＳＢ１では、完爆したか否かを判定し、完爆していない、言い換えれば始動時であればステップＳＢ２に進み、完爆しておればステップＳＢ８に移行する。完爆の判定は、具体的にはエンジン回転数ＮＥが所定の回転数Ｎ以上か否かで判定するもので、例えば、４００〜５００ｒｐｍ以上になれば完爆と見做す。ステップＳＢ２では、オーバーリッチフラグＯＶＲＦＬがセットされている（＝１）か否かを判定し、セットされていない場合はステップＳＢ３に進み、そうでない場合はステップＳＢ９に移行する。ステップＳＢ３では、イオン積算値ＳＩＯＮが所定値ＫＴＨ以上である状態がｎ回転数連続して発生したか否かを判定し、連続して発生した場合はステップＳＢ４に進み、そうでない場合はステップＳＢ５に移行する。ステップＳＢ４では、オーバーリッチフラグＯＶＲＦＬをセットする。このオーバーリッチフラグＯＶＲＦＬをセットすることは、すなわち噴射される燃料が過剰であることを検出することである。
【００１６】
ステップＳＢ５では、オーバーリーンフラグＯＶＬＦＬがセットされているか否かを判定し、セットされている場合はステップＳＢ９に進み、セットされていない場合にはステップＳＢ６に移行する。ステップＳＢ６では、イオン積算値ＳＩＯＮが所定値ＫＴＨ未満である状態がｎ回連続して発生したか否かを判定し、連続して発生した場合はステップＳＢ７に進み、そうでない場合はステップＳＢ９に移行する。ステップＳＢ７では、オーバーリーンフラグＯＶＬＦＬをセット（＝１）する。これによって、噴射される燃料が過少であることが検出される。ステップＳＢ８では、オーバーリッチフラグＯＶＲＦＬ及びオーバーリーンフラグＯＶＬＦＬをそれぞれクリア（＝０）する。
【００１７】
ステップＳＢ９では、エンジン回転数ＮＥが所定の回転数Ｎ未満である状態でＴ秒以上経過したか否かを判定し、Ｔ秒以上経過している場合にはステップＳＢ１０に進み、そうでない場合はステップＳＢ１４に移行する。ステップＳＢ１０では、オーバーリッチフラグＯＶＲＦＬがセットされているか否かを判定し、セットされている場合はステップＳＢ１１に進み、そうでない場合はステップＳＢ１２に移行する。ステップＳＢ１１では、Ｒ／Ｌ補正係数ＦＦＯＲＬを値Ｋ１に決定する。値Ｋ１としては、後述する方法で噴射量を演算する場合は、例えば０．５とすればよい。ステップＳＢ１２では、オーバーリーンフラグＯＶＬＦＬがセットされているか否かを判定し、セットされている場合はステップＳＢ１３に進み、そうでない場合はステップＳＢ１４に移行する。ステップＳＢ１３では、Ｒ／Ｌ補正係数ＦＦＯＲＬを値Ｋ２に決定する。値Ｋ２としては、例えば２．０とすればよい。ステップＳＢ１４では、Ｒ／Ｌ補正係数ＦＦＯＲＬを１．０に決定する。そして、ステップＳＢ１５では、イオン積算値ＳＩＯＮをクリア（＝０）する。
【００１８】
噴射量の演算ルーチンについて、図４において説明する。噴射量は、燃料噴射弁５から燃料が噴射されている時間により決まるものであるので、このルーチンでは、燃料噴射弁５の有効噴射時間ＴＡＵを計算するものである。まずステップＳＣ１では、始動時であるか否かを判定し、始動時であればステップＳＣ２に進み、始動後であればステップＳＣ３に移行する。ステップＳＣ２では、始動時基本噴射時間ＴＡＵＳＴＡに各種の補正係数を乗じるとともに、Ｒ／Ｌ補正係数ＦＦＯＲＬの演算ルーチンにおいて決定されたＲ／Ｌ補正係数ＦＦＯＲＬを乗じて、有効噴射時間ＴＡＵを演算する。ステップＳＣ３では、始動後の基本噴射時間ＴＰにＲ／Ｌ補正係数ＦＦＯＲＬを含むその時点のエンジン１００の運転状況に応じた補正係数を乗じて、有効噴射時間ＴＡＵを演算する。
【００１９】
このような構成において、エンジン１００を始動すると、所定時間毎にＡ／Ｄ変換処理ルーチンすなわちステップＳＡ１〜３が実行され、イオン積算値ＳＩＯＮが算出される。イオン積算値ＳＩＯＮの１回の計算は、点火時期と次の点火時期との間に行われ、次の点火時期では、新たにイオン積算値ＳＩＯＮの演算が開始されるものとなる。すなわち、図５に示すように、イオン電流の検出であるイオン積算値ＳＩＯＮの演算は、第１気筒の点火時期に合わせて実施される。第１気筒の識別は、カムポジションセンサ１４から出力されるＮタイミング信号を、電子制御装置６に内蔵されるＮタイミングカウンタにて計数して行われるようになっている。
【００２０】
イオン積算値ＳＩＯＮは、上記のようにして、第１気筒が燃焼行程となる毎に算出され、算出された複数のイオン積算値ＳＩＯＮにより、Ｒ／Ｌ補正係数演算ルーチンにおいて空燃比が異常になっていないか判定される。いま、例えば、平地（大気圧の高い場所）から高地（大気圧の低い場所）に移動してきた後に始動したとする。この場合、圧力センサを備えていないので、大気圧の変化に基づいての補正はおこなわず、したがって通常の構成であれば空燃比はオーバーリッチとなる。この実施例では、制御が、ステップＳＢ１→ＳＢ２と進み、オーバリッチフラグＯＶＲＦＬを判定し、セットされていなければステップＳＢ３に進んで実際にオーバーリッチな状態になっているか否かを判定する。ここでは、完爆までのクランキングの状態で、すでにイオン積算値ＳＩＯＮが所定値ＫＴＨ以上となった回数がｎ回連続して発生したものとする。このようなオーバーリッチとなる運転状態では、スパークプラグ１８の中心電極と接地電極との間に燃料やカーボンが付着し、イオン電流がリークし易い状態になっているため、図５に示すようにイオン電流波形が大きくなり、イオン積算値ＳＩＯＮが所定値ＫＴＨより大きくなる。したがって、制御は、ステップＳＢ３→ＳＢ４→ＳＢ９→ＳＢ１０→ＳＢ１１→ＳＢ１５と進み、有効噴射時間ＴＡＵを短縮するように、Ｒ／Ｌ補正係数ＦＦＯＲＬをＫ１（＝０．５）に決定する。
【００２１】
このようにして決定されたＲ／Ｌ補正係数ＦＦＯＲＬを用いて、噴射量演算ルーチンにおいて、有効噴射時間ＴＡＵが演算される。この場合、始動時であるので、制御は、ステップＳＣ１→ＳＣ２と進み、Ｒ／Ｌ補正係数ＦＦＯＲＬが０．５であるので有効噴射時間ＴＡＵを短くする。したがって、始動時噴射量は少なくなり、オーバーリッチな状態から次第に正常な空燃比に推移する。
【００２２】
次に、高地から平地に移動し、始動した場合について説明する。この場合は、高地に比べて平地では大気圧が高いために、空燃比はリーンになる。したがって、制御は、ステップＳＢ１→ＳＢ２→ＳＢ３→ＳＢ５→ＳＢ６→ＳＢ７と進み、オーバーリーンフラグＯＶＬＦＬがセットされる。ただし、イオン積算値ＳＩＯＮが所定値ＫＴＨに満たないものがｎ回連続して発生した場合であり、これ以外の場合はオーバーリーンになっていないと判断されオーバーリーンフラグＯＶＬＦＬはセットされない。この後、制御は、ステップＳＳＢ９→ＳＢ１０→ＳＢ１２→ＳＢ１３→ＳＢ１５と進み、Ｒ／Ｌ補正係数ＦＦＯＲＬがＫ２（＝２．０）にセットされて、有効噴射時間ＴＡＵが長くされる。ただし、エンジン回転数ＮＥが所定の回転数Ｎ未満ある運転状態がＴ秒間以上持続しない場合には、完爆したと判定して、Ｒ／Ｌ補正係数ＦＦＯＲＬは１．０にセットされる（ステップＳＢ１４）。
【００２３】
以上のようにして、完爆判定されるまではイオン積算値ＳＩＯＮの大きさに基づいてオーバーリッチフラグＯＶＲＦＬ及びオーバーリーンフラグＯＶＬＦＬのいずれかがセットされ、クランキング状態が継続していれば、そのセット状態に応じてＲ／Ｌ補正係数ＦＦＯＲＬが決定され、有効噴射時間ＴＡＵが増減される。したがって、完爆するまでの間に空燃比がリッチあるいはリーン側に変化しても、確実にその状態を検出して始動時噴射量を制御するので、始動が不可能になるのを防止することができる。
【００２４】
一方、完爆完了と判定されると、制御は、ステップＳＢ１→ＳＢ８→ＳＢ１４→ＳＢ１５と進み、Ｒ／Ｌ補正係数ＦＦＯＲＬは１．０に固定されて、有効噴射時間ＴＡＵはＲ／Ｌ補正係数ＦＦＯＲＬによっては増減されない。
【００２５】
このように、シリンダ１０内を流れるイオン電流の大きさの変化に基づいて、空燃比の状態を判定するので、大気圧を測定する圧力センサを必要とせず、精度よく始動時噴射量を補正することができる。またこの実施例では、イオン積算値ＳＩＯＮが１回だけ所定値ＫＴＨ以上になったことによりオーバーリッチと判定するのではなく、その状態がｎ回連続して発生するという条件を付しているので、確実にオーバーリッチとなっている状態のみを検出することができる。このため、わずかにオーバーリッチになった状態では始動時噴射量を低減しないので、始動時噴射量が短時間の間に増減されてエンジン回転が不安定になるようなことはない。
【００２６】
なお、本発明は以上説明した実施例に限定されるものではなく、全ての気筒に、イオン電流を検出する回路を設け、それらの一気筒毎にイオン電流から上記同様にオーバーリッチ及びオーバーリーンを判定して、一気筒でもオーバーリッチ及びオーバーリーンであれば始動時燃料噴射量を制御するものであってもよい。
【００２７】
また、上記実施例では、吸入空気量とエンジン回転数ＮＥとに基づいて基本噴射時間を決定するものを説明したが、スロットルバルブ２のスロットル開度とエンジン回転数ＮＥとに基づいて基本噴射時間を決定するものに適用するものであってもよい。
【００２８】
その他、各部の構成は図示例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は、以上に詳述したように、燃焼毎にシリンダ内に流れるイオン電流が、スパークプラグの状態により異なる値を示すことを利用して、空燃比がリッチあるいはリーンになったことを検出しているので、直接的にシリンダ内の状態を把握することにより精度を高めることができ、高地での使用時や燃料系の異常で始動時噴射量の要求値が大幅に相違した場合でもエンジンを始動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す概略構成説明図。
【図２】同実施例の制御手順を示すフローチャート図。
【図３】同実施例の制御手順を示すフローチャート図。
【図４】同実施例の制御手順を示すフローチャート図。
【図５】同実施例の作用説明図。
【符号の説明】
６…電子制御装置
７…中央演算処理装置
８…記憶装置
９…入力インターフェース
１１…出力インターフェース
１４…カムポジションセンサ
２４…バイアス用電源
２５…イオン電流測定回路

Claims (1)

1. スパークプラグを有する内燃機関の温度に少なくとも基づいて始動時噴射量を決定し、決定した始動時噴射量の燃料を噴射して内燃機関を始動する始動時燃料制御方法において、
   始動時にシリンダ内にイオン電流を流し、
   流れたイオン電流を検出し、
   検出したイオン電流に基づいてスパークプラグに燃料やカーボンが付着しているか否かを判定し、
   付着を判定した場合に燃料噴射量を低減することを特徴とする始動時燃料制御方法。

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