JP3687128B2 - エンジンの空燃比制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明はエンジンの空燃比制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料噴射方式では、シリンダが１吸気行程ごとに吸入する空気量に応じた基本噴射量に対し各種の補正係数を乗じて算出された燃料噴射量がエンジン回転に同期して間欠的に供給される。
【０００３】
この場合に、上記各種の補正係数の中に始動時水温と始動後の時間によって決まる始動後増量係数ＫＡＳがある。冷機時には噴射された燃料のうち吸気管壁や吸気弁に付着していわゆる壁流として流れる燃料（以下付着燃料という）が存在し、かつ冷機時には付着燃料の蒸発もそれほど促進されないため、シリンダーに吸入される速度が遅くなる。そこで、要求燃料量の変化に応じて燃料を噴射した場合に実際にシリンダーに吸入される燃料の応答が遅くても、空燃比が乱れて運転性を損ねることのないようにＫＡＳによって燃料増量を行っているのである（株式会社 鉄道日本社発行の自動車工学・１９９１年４月号第６２頁、第６３頁参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、始動完了直後に与える上記ＫＡＳの初期値は、ＨＣ，ＣＯといった有害排気成分の発生を増大させない（つまり過剰な燃料量を供給しない）ようにマッチングによって求められるが、その一方で良好な運転性をも確保しなければならないので、ある程度は十分な燃料増量となるようにしなければならない。したがって、マッチングに際しては、ギリギリまで必要最小限の燃料増量におさえていくという操作を施すことになる。
【０００５】
しかしながら、上記の従来装置では、始動完了直後に与えるＫＡＳの初期値をを始動時水温により決定しているだけであり、始動完了のタイミングで吸気管壁や吸気弁に付着燃料がどのくらい残留しているのかを考慮していないので、エンジン始動にかかる時間のバラツキなどによってＫＡＳの初期値に過不足が生じ、ＨＣ，ＣＯの発生を増大させたり、運転性を悪くしたりすることがある。たとえば、エンジンの始動中に噴射された燃料が十分でなく、平衡付着燃料量にくらべて少ない付着燃料量しか吸気管壁や吸気弁に残留していないときには、始動完了直後において噴射燃料のうちから、かなりの割合で付着燃料の増加に奪われることになるので、ＫＡＳの初期値を多めに設定しておかなければならない。このとき、エンジン始動にかかる時間のバラツキにより始動に長く時間を要したときは、設定値よりも多くの付着燃料が始動完了の時点で残留することになり、ＫＡＳの初期値が過剰となってＨＣ，ＣＯの発生量が増加してしまうのである。
【０００６】
なお、定常時の付着燃料量が平衡付着燃料量であり、この値は燃料付着部の温度に依存して定まることが知られている。
【０００７】
そこでこの発明では、始動中の噴射燃料量を積算するとともに、この始動中の噴射燃料量のシリンダへの吸入率を始動時の燃料付着部温度に応じて求め、この吸入率と始動中の噴射燃料量の積算値とから始動完了時における付着燃料量を推定し、この推定値に応じて始動後噴射量を調整することにより、始動完了のタイミングにおいて吸気管壁や吸気弁に残留する付着燃料の多少に関係なく、最適な始動後噴射量を与えることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、図７に示すように、エンジンの始動中の噴射燃料量を積算する手段２１と、この始動中噴射燃料量のシリンダーへの吸入率Ｒを始動時の、前記噴射燃料が吸気管内に付着する部位である燃料付着部の温度に応じて算出する手段２２と、この吸入率Ｒと前記始動中噴射燃料量の積算値ＳＴＳＴとに基づいて始動完了時における付着燃料量ＭＦＩＮＩＴを推定する手段２３と、この始動完了時付着燃料量ＭＦＩＮＩＴに応じて始動後噴射量を調整する始動後噴射量調整手段２４と、この噴射量の燃料を吸気管に供給する手段２５とを設け、前記始動後噴射量調整手段２４が、図８に示すように、始動時水温と始動完了後時間とに応じて第一の始動後増量係数ＫＡＳ１を算出する手段３１と、前記始動完了時付着燃料量ＭＦＩＮＩＴに応じて第二の始動後増量係数の初期値ＫＡＳ２０を設定する手段３２と、この初期値ＫＡＳ２０と所定の時定数Ｔとから第二の始動後増量係数ＫＡＳ２を算出する手段３３と、この第二の始動後増量係数ＫＡＳ２で前記第一の始動後増量係数ＫＡＳ１を補正して最終的な始動後増量係数ＫＡＳを算出する手段３４と、この最終的な始動後増量係数ＫＡＳで運転条件に応じた基本噴射量Ｔｐを増量補正した値を前記始動後噴射量として決定する手段３５とからなる。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、前記時定数Ｔを始動完了時の燃料付着部温度に応じた値とする。
【００１１】
【作用】
エンジン始動にかかる時間のバラツキにより始動に長く時間を要したときは、吸気管壁や吸気弁に所定値より多い付着燃料量が始動完了時に残存する。この逆に、始動がすぐに行われるときは所定値より少ない付着燃料量が始動完了時に残存する。このとき、第１の発明では所定値より多い付着燃料量が残存するとき始動後噴射量が少なくなる側に、また所定値より少ない付着燃料量が残存するとき始動後噴射量が多くなる側に調整されるので、始動完了時に残存する付着燃料量の多少に関係なく、始動後噴射量が最適値に収められる。これにより、始動後噴射量が不十分となったり、過剰となったりしないので、始動後の運転性を損ねることがなく、かつ有害成分の排出も抑制される。
【００１２】
さらに、第２の発明では、第二の始動後増量係数ＫＡＳ２の追加だけで足り、基本噴射量Ｔｐ、第一の始動後増量係数ＫＡＳ１などは従来のものをそのまま用いることができる。
【００１３】
吸気管壁などに残留する付着燃料は、始動完了の時点からも変化し、始動後のエンジン状態に応じた値へと収束していくので、このときの変化の程度（つまり応答）を一次遅れで近似することができる。この場合に、応答を定める時定数Ｔが始動完了時の燃料付着部温度に関係なく一定だと、時定数Ｔを適合したときの燃料付着部温度を外れる温度域でＫＡＳ２の算出精度が悪くなる。たとえば時定数Ｔを適合したときの燃料付着部温度より実際の燃料付着部温度のほうが高い場合にＫＡＳ２が過剰となり、この逆に時定数Ｔを適合したときの燃料付着部温度より実際の燃料付着部温度が低いときはＫＡＳ２が不足するのである。このとき第２の発明では、始動完了時の燃料付着部温度に応じて時定数Ｔを変化、たとえば燃料付着部温度が高いときは応答が早くなるように、また燃料付着部温度が低いときは応答がゆっくりになるように変化させるので、始動完了時の燃料付着部温度が異なってもＫＡＳ２の算出精度が悪くなることがない。
【００１４】
【実施例】
図１において、１はエンジン本体で、その吸気通路８には吸気絞り弁５の下流に位置して燃料噴射弁７が設けられ、コントロールユニット（図ではＣ／Ｕで略記）２からの噴射信号により運転条件に応じて所定の空燃比となるように、吸気中に燃料を噴射供給する。コントロールユニット２にはクランク角センサー４からのＲＥＦ信号とＰＯＳ信号、エアフローメーター６からの吸入空気量信号、排気通路８に設置した酸素センサー３からの空燃比（酸素濃度）信号、さらには水温センサー１１からのエンジン冷却水温信号等が入力され、これらに基づいて空燃比制御を行う。
【００１５】
詳細にはまず、スターター信号がＯＮ位置（つまりスターターが回っている状態）にあるときは始動時水温（イグニッションスイッチがＯＮとなったときの冷却水温）によって始動時噴射パルス幅（噴射弁への出力パルス幅）ＴＳＴが決定される。良好な始動性が得られるように、予め実験等により適合された値がテーブル値としてメモリーに格納されており、スターターからのＯＮ信号の入力と同時にこれが読み出され、その読み出した値に応じた始動時燃料が噴射されるわけである。
【００１６】
次に、スターター信号がＯＦＦ位置（つまり始動完了後）になると、エアフローメーターにより検出される吸入空気量Ｑとクランク角センサーにより検出されるエンジン回転数ＮとからＴｐ＝Ｋ×Ｑ／Ｎ（Ｋは定数）の式で基本噴射パルス幅Ｔｐ（基本噴射量）が演算され、かつこれに各種の増量係数やフィードバック補正係数を加えて燃料噴射弁に与える燃料噴射パルス幅Ｔｉが決定されるのであり、具体的にはＴｉ＝Ｔｐ×ＣＯＥＦ×α＋Ｔｓの式によってＴｉが求められる。ここで、ＣＯＥＦは各種増量係数で、水温増量係数ＫＴＷ、始動後増量係数ＫＡＳ、混合比係数ＫＭＲなどからなる。αは酸素センサーに基づいて演算される空燃比フィードバック補正係数、Ｔｓは燃料噴射弁の無効時間を補償するようにバッテリー電圧に応じて付加される電圧補正分である。
【００１７】
さて、上記の始動後増量係数ＫＡＳは、その初期値が始動時水温によって決定され、始動完了後時間（スタータースイッチがＯＮ→ＯＦＦとなってからの時間）とともに一定の割合で減少し、最終的に０になる値として設定されている。このＫＡＳはエンジンの始動完了のタイミングよりＴｐに乗じられるので、その値を大きくすれば、噴射量が増大して空燃比が理論空燃比よりリッチ側に向かい、燃焼が安定して良好な運転性が得られる。もちろん、過剰にリッチ側にすれば、かえって燃焼が安定せず運転性の悪化を招く事態もおこり得る。冷機時は、噴射燃料の多くが付着燃料として吸気ポートや吸気弁に残り、直接シリンダー（あるいは燃焼室）に吸入されないばかりか、吸気ポート壁温（燃料付着部温度）が低いために付着燃料の蒸発がはかばかしくなく、したがって、噴射した燃料にくらべて実際にシリンダーに吸入される燃料の割合が少ない状況であることや、吸気ポート壁温が低い状況下で絞り弁の急開によりシリンダーに吸入される空気量が急増した場合に、付着燃料の挙動の遅れで一時的にシリンダーに吸入される燃料量が空気量に比較して不足する、という状況になり空燃比がリーン側になりすぎることもあり、通常はＫＡＳによる燃料増量によって安定的な運転性を得ているのである。
【００１８】
しかしながら、ＫＡＳの初期値は始動時水温により決定しているだけであり、始動完了時に吸気ポートおよび吸気弁にどのくらいの付着燃料が残留するのかを考慮していないので、エンジン始動にかかる時間のバラツキなどによってＫＡＳの初期値に過不足が生じ、ＨＣ，ＣＯの発生を増大させたり、運転性を悪くしたりすることがある。
【００１９】
これに対処するため本発明では、始動中の噴射燃料量を積算するとともに、この始動中の噴射燃料量のシリンダーへの吸入率を始動時の燃料付着部温度に応じて求め、この吸入率と始動中の噴射燃料量の積算値とに基づいて始動完了時における付着燃料量を推定し、この推定値に応じて始動後増量係数を調整する。
【００２０】
詳細には、従来のＫＡＳを第一の始動後増量係数ＫＡＳ１とおき、これを補正するための第二の増量係数ＫＡＳ２を新たに導入し、これら２つの増量係数の和を最終的な始動後増量係数ＫＡＳとして決定するとともに、上記の始動完了時における付着燃料量の推定値を用いて第二の増量係数ＫＡＳ２を調整する。
【００２１】
コントロールユニット２で実行されるこの制御の内容を、以下のフローチャートにしたがって説明する。
【００２２】
図２は始動時噴射を行うためのフローチャートである。始動時噴射を行うためのルーチンは、一定時間ごとやエンジン一回転ごとに繰り返し実行すればよいのであるが、説明を簡単にするため、図２はエンジン一回転に一回、始動時噴射パルス幅ＴＳＴの出力が実行されるルーチンとして記述しており、イグニッションスイッチがＯＦＦ位置からＯＮ位置に切換えられたところで図２のルーチンをスタートさせる。
【００２３】
まず、ステップ１ではこのルーチンを初めて実行するのかどうかをフラグＦ０（初期値は“０”）をみて判断し、Ｆ０＝０（つまり初めて）であれば、ステップ２に進んで冷却水温ＴＷを始動時水温ＴＷＩＮＴとして取り込み、ステップ３では始動時噴射パルス幅の総和ＳＴＳＴをクリアする。
【００２４】
ステップ４ではフラグＦ０に“１”を代入し、このルーチンを経験したことを表示する。したがって、以降はステップ２、ステップ３、ステップ４を飛ばしてステップ５に進むことになり、始動時水温ＴＷＩＮＴのメモリー値が保存される。
【００２５】
ステップ５ではフラグＦ０（初期値は“０”）をみて、Ｆ１＝０であればステップ６に進んでスタータースイッチ（図ではＳＴ／ＳＷで略記）がＯＮ位置であるかＯＦＦ位置であるかをみる。
【００２６】
スタータースイッチがＯＮ位置であればステップ７に進んで始動時水温ＴＷＩＮＴから所定のテーブルを参照して始動時噴射パルス幅ＴＳＴを求め、これをステップ９において駆動信号に変換し、噴射弁に向け出力する。また、ステップ８ではテーブル参照した始動時噴射パルス幅ＴＳＴを総和ＳＴＳＴに加算する。
【００２７】
ステップ１０ではエンジン回転数Ｎが所定値以上に立ち上がったかどうかをみることなどにより始動が完了した（つまりエンジンがかかった）かどうかを判断し、始動完了前であれば図２の最初に戻ってＴＳＴの出力を繰り返し、始動完了のタイミングでステップ１０から１１に進み、フラグＦ１を“１”として図２のフローを終了する。
【００２８】
このようにして、始動までには何度かＴＳＴが繰り返して出力され、このＴＳＴの積算値が総和ＳＴＳＴにストアされることになる。
【００２９】
図３のフローチャートは第二の始動後増量係数の初期値ＫＡＳ２０を算出するためのものである。
【００３０】
まず、ステップ２１と２２で２つのフラグＦ１とＦ０をみてＦ１＝１かつＦ０＝１であるときは、始動完了のタイミングであると判断してステップ２３に進み、総和ＳＴＳＴを読み込む。
【００３１】
ステップ２４では燃料付着部温度を推定する。燃料付着部温度の推定は、始動時水温ＴＷＩＮＴに対する燃料付着部温度の関係を予め実験により求めておいてもよいし、エンジン停止後の経過時間を計測しておき、エンジンの冷却特性にしたがって推定してもよい。さらに外気温度によって推定値を修正してもよい。
【００３２】
ステップ２５では燃料付着部温度から始動中噴射燃料量のシリンダーへの吸入率Ｒを推定する。燃料付着部温度と吸入率との関係は、たとえば燃料の噴霧角や吸気ポートの形状から計算によって、あるいは予め実験により測定しておくことによって求めることができる。
【００３３】
使用される燃料の揮発特性（重質燃料であるか軽質燃料であるか）を考慮する必要があるときは、使用燃料の揮発性に応じた吸入率を与えればよい。重質燃料、軽質燃料といった揮発性の判定は、種々の燃料センサーを用いてもよいし、同一噴射量のときのエンジン安定性を回転変動を測定するなどして把握し、判断してもよい。
【００３４】
このようにして求めた吸入率Ｒと総和ＳＴＳＴを用いてステップ２６では始動完了直後において吸気ポート壁と吸気弁に残留する付着燃料量ＭＦＩＮＩＴを、
ＭＦＩＮＩＴ＝ＳＴＳＴ×（１−Ｒ）
の式により算出する。同式において、始動中の噴射燃料量の総和であるＳＴＳＴに吸入率Ｒを乗じた値が噴射燃料のうちからシリンダーに吸入される分であり、残りが始動完了のタイミングで吸気ポート壁と吸気弁に残留する付着燃料となるわけである。
【００３５】
この付着燃料量ＭＦＩＮＩＴからステップ２７では第二始動後増量係数の初期値ＫＡＳ２０を算出する。ＫＡＳ２０の値は、図４に示したように、所定値ＭＦＩＮＩＴ０のときを０として、これよりＭＦＩＮＩＴが多いときは負の値で、この逆に基準値よりＭＦＩＮＩＴが少ないときは正の値で与える。たとえば、始動にかかる時間のバラツキにより、実際に始動に要した時間が所定値より長引いたときは、ＭＦＩＮＩＴがＭＦＩＮＩＴ０より大きくなる。このときは、始動完了タイミングにおける付着燃料量が所定値よりも多くなっているのであるから、その過多の分をＫＡＳ２に負の値を与えることによってＫＡＳ１を減量するのである。具体的には、ＫＡＳ２０の最適な値を予め実験により測定してメモリー上にテーブルとして割り付けた番地に格納しておき、そのテーブルを参照することによってＫＡＳ２０を求める。
【００３６】
ステップ２８ではフラグＦ０に“０”を入れることにより以降は始動完了直後でないことを表示する。
【００３７】
図５のフローチャートは、第二始動後増量係数ＫＡＳ２の算出を行うものである。
【００３８】
まず、ステップ３１でフラグＦ１より始動完了しているかどうかをみて、Ｆ１＝１であれば始動完了していると判断し、ステップ３２以降に進む。図５では、初期値ＫＡＳ２０を求めたどうかの判定を行っていないので、フローチャートの実行の順番は、図３を先に、図５を後にする。
【００３９】
ステップ３２では始動完了からの時間ｔを、またステップ３３でＫＡＳ２を減少させるための時定数Ｔを読み込む。ＫＡＳ２は始動中の噴射燃料の多少によってこれを補正するための値であるから、始動中の噴射燃料の吸気ポート壁や吸気弁への付着燃料の減少にしたがってＫＡＳ２も減少させるほうがよい。そこで、時定数ＴによりＫＡＳ２の減少特性を表すこととする。つまり始動完了からの付着燃料の減少を一次遅れで近似し、これに合わせてＫＡＳ２も一次遅れで変化させるわけである。
【００４０】
ステップ３５では第一の始動後増量係数ＫＡＳ１（従来のＫＡＳに相当）を求める。ＫＡＳ１は始動時水温ＴＷＩＮＴによってその初期値が決定され、始動完了後時間とともに、その値を減少させる特性を持つ。
【００４１】
ステップ３６では２つの始動後増量係数ＫＡＳ１とＫＡＳ２の和を最終的な始動後増量補正係数ＫＡＳとして計算する。
【００４２】
ここで、本発明の作用を図６を参照しながら説明すると、同図はＴｐを基準とする燃料増量率の時間的推移を従来例と比較して表した波形図である。
【００４３】
エンジン始動にかかる時間のバラツキにより設定値より始動に長く時間を要したときは、始動完了タイミングでの付着燃料量ＭＦＩＮＩＴが所定値ＭＦＩＮＩＴ０より多くなるので、第一の始動後増量係数ＫＡＳ１だけを与えてＴｐを増量補正したのでは燃料供給過多となって、ＨＣ，ＣＯの排出量が増加する。
【００４４】
このとき、本発明によれば始動完了タイミングでの付着燃料量ＭＦＩＮＩＴが所定値ＦＩＮＴ０より多いことから、ＫＡＳ２が負の値で算出される。この負の値のＫＡＳ２によりＫＡＳ１が減量されると、ＫＡＳ１とＫＡＳ２の和である本発明のＫＡＳは従来のＫＡＳより減量されるので、始動に長く時間を要したときにも、ＨＣ，ＣＯの排出量が増加することがない。
【００４５】
同様にして、始動がすぐに行われるときは始動完了タイミングでの付着燃料量が所定値ＭＦＩＮＩＴ０より少なくなり、ＫＡＳ１だけだと燃料供給不足となって、運転性が悪くなるのであるが、このときには正の値のＫＡＳ２が算出されてＫＡＳ１が増量されることから、本発明のＫＡＳによれば従来のＫＡＳより増量される。これによって、始動に要する時間が短かすぎたときでも、十分な始動後増量を行うことができるので、運転性が悪くなることがない。
【００４６】
このようにして、本発明では、始動中の噴射燃料量のうち始動完了時に残留する付着燃料量に応じて始動後増量係数を調整することにしたので、不十分な始動後増量によって運転性を損ねることがなく、かつ過剰な始動後増量に伴う有害成分の排出も抑制できる。
【００４７】
この例では、上記の時定数Ｔを一定値で説明したが、実験的に他の特性が求められるならば、この例に従わなくともよいことはいうまでもない。たとえば、時定数Ｔを燃料付着部温度の関数としてもよいし、燃料付着部温度の推移の推定が困難な場合には、時定数Ｔを時間経過にしたがって増加させる特性を与え、その増加の速度を実験で求めておいてもよい。
【００４８】
【発明の効果】
第１の発明は、エンジンの始動中の噴射燃料量を積算する手段と、この始動中噴射燃料量のシリンダーへの吸入率を始動時の、前記噴射燃料が吸気管内に付着する部位である燃料付着部の温度に応じて算出する手段と、この吸入率と前記始動中噴射燃料量の積算値とに基づいて始動完了時における付着燃料量を推定する手段と、この始動完了時付着燃料量に応じて始動後噴射量を調整する始動後噴射量調整手段と、この噴射量の燃料を吸気管に供給する手段とを設けたので、エンジン始動にかかる時間にバラツキがあるときでも、始動後の運転性を損ねることがなく、かつ有害成分の排出も抑制することができる。
【００４９】
さらに、第１の発明では、前記始動後噴射量調整手段が、始動時水温と始動完了後時間とに応じて第一の始動後増量係数を算出する手段と、前記始動完了時付着燃料量に応じて第二の始動後増量係数の初期値を設定する手段と、この初期値と所定の時定数とから第二の始動後増量係数を算出する手段と、この第二の始動後増量係数で前記第一の始動後増量係数を補正して最終的な始動後増量係数を算出する手段と、この最終的な始動後増量係数で運転条件に応じた基本噴射量を増量補正した値を前記始動後噴射量として決定する手段とからなるので、第二の始動後増量係数の追加だけで足り、基本噴射量、第一の始動後増量係数などは従来のものをそのまま用いることができる。
【００５０】
第２の発明は、第１発明において、前記時定数を始動完了時の燃料付着部温度に応じた値とするので、始動完了時の燃料付着部温度が異なるときでも第二の始動後増量係数の算出精度が悪くなることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の制御システム図である。
【図２】始動時噴射に関するフローチャートである
【図３】始動後増量補正係数ＫＡＳ２の初期値を算出するためのフローチャートである。
【図４】始動完了直後の付着燃料量ＭＦＩＮＩＴに対する初期値ＫＡＳ２０の特性図である。
【図５】始動後増量補正係数ＫＡＳ２を算出するためのフローチャートである。
【図６】実施例の作用を説明するための波形図である。
【図７】第１の発明のクレーム対応図である。
【図８】 第１の発明のクレーム対応図である。
【符号の説明】
１ エンジン本体
２ コントロールユニット
３ 酸素センサー
４ クランク角センサー
６ エアフローメーター
７ 燃料噴射弁（燃料供給手段）
１１ 水温センサー
２１ 始動中噴射燃料量積算手段
２２ 吸入率算出手段
２３ 始動完了時付着燃料量推定手段
２４ 始動後噴射量調整手段
２５ 燃料供給手段
３１ 第一始動後増量係数算出手段
３２ 初期値設定手段
３３ 第二始動後増量係数算出手段
３４ 最終的始動後増量係数算出手段
３５ 始動後噴射量決定手段
【産業上の利用分野】
この発明はエンジンの空燃比制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料噴射方式では、シリンダが１吸気行程ごとに吸入する空気量に応じた基本噴射量に対し各種の補正係数を乗じて算出された燃料噴射量がエンジン回転に同期して間欠的に供給される。
【０００３】
この場合に、上記各種の補正係数の中に始動時水温と始動後の時間によって決まる始動後増量係数ＫＡＳがある。冷機時には噴射された燃料のうち吸気管壁や吸気弁に付着していわゆる壁流として流れる燃料（以下付着燃料という）が存在し、かつ冷機時には付着燃料の蒸発もそれほど促進されないため、シリンダーに吸入される速度が遅くなる。そこで、要求燃料量の変化に応じて燃料を噴射した場合に実際にシリンダーに吸入される燃料の応答が遅くても、空燃比が乱れて運転性を損ねることのないようにＫＡＳによって燃料増量を行っているのである（株式会社 鉄道日本社発行の自動車工学・１９９１年４月号第６２頁、第６３頁参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、始動完了直後に与える上記ＫＡＳの初期値は、ＨＣ，ＣＯといった有害排気成分の発生を増大させない（つまり過剰な燃料量を供給しない）ようにマッチングによって求められるが、その一方で良好な運転性をも確保しなければならないので、ある程度は十分な燃料増量となるようにしなければならない。したがって、マッチングに際しては、ギリギリまで必要最小限の燃料増量におさえていくという操作を施すことになる。
【０００５】
しかしながら、上記の従来装置では、始動完了直後に与えるＫＡＳの初期値をを始動時水温により決定しているだけであり、始動完了のタイミングで吸気管壁や吸気弁に付着燃料がどのくらい残留しているのかを考慮していないので、エンジン始動にかかる時間のバラツキなどによってＫＡＳの初期値に過不足が生じ、ＨＣ，ＣＯの発生を増大させたり、運転性を悪くしたりすることがある。たとえば、エンジンの始動中に噴射された燃料が十分でなく、平衡付着燃料量にくらべて少ない付着燃料量しか吸気管壁や吸気弁に残留していないときには、始動完了直後において噴射燃料のうちから、かなりの割合で付着燃料の増加に奪われることになるので、ＫＡＳの初期値を多めに設定しておかなければならない。このとき、エンジン始動にかかる時間のバラツキにより始動に長く時間を要したときは、設定値よりも多くの付着燃料が始動完了の時点で残留することになり、ＫＡＳの初期値が過剰となってＨＣ，ＣＯの発生量が増加してしまうのである。
【０００６】
なお、定常時の付着燃料量が平衡付着燃料量であり、この値は燃料付着部の温度に依存して定まることが知られている。
【０００７】
そこでこの発明では、始動中の噴射燃料量を積算するとともに、この始動中の噴射燃料量のシリンダへの吸入率を始動時の燃料付着部温度に応じて求め、この吸入率と始動中の噴射燃料量の積算値とから始動完了時における付着燃料量を推定し、この推定値に応じて始動後噴射量を調整することにより、始動完了のタイミングにおいて吸気管壁や吸気弁に残留する付着燃料の多少に関係なく、最適な始動後噴射量を与えることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、図７に示すように、エンジンの始動中の噴射燃料量を積算する手段２１と、この始動中噴射燃料量のシリンダーへの吸入率Ｒを始動時の、前記噴射燃料が吸気管内に付着する部位である燃料付着部の温度に応じて算出する手段２２と、この吸入率Ｒと前記始動中噴射燃料量の積算値ＳＴＳＴとに基づいて始動完了時における付着燃料量ＭＦＩＮＩＴを推定する手段２３と、この始動完了時付着燃料量ＭＦＩＮＩＴに応じて始動後噴射量を調整する始動後噴射量調整手段２４と、この噴射量の燃料を吸気管に供給する手段２５とを設け、前記始動後噴射量調整手段２４が、図８に示すように、始動時水温と始動完了後時間とに応じて第一の始動後増量係数ＫＡＳ１を算出する手段３１と、前記始動完了時付着燃料量ＭＦＩＮＩＴに応じて第二の始動後増量係数の初期値ＫＡＳ２０を設定する手段３２と、この初期値ＫＡＳ２０と所定の時定数Ｔとから第二の始動後増量係数ＫＡＳ２を算出する手段３３と、この第二の始動後増量係数ＫＡＳ２で前記第一の始動後増量係数ＫＡＳ１を補正して最終的な始動後増量係数ＫＡＳを算出する手段３４と、この最終的な始動後増量係数ＫＡＳで運転条件に応じた基本噴射量Ｔｐを増量補正した値を前記始動後噴射量として決定する手段３５とからなる。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、前記時定数Ｔを始動完了時の燃料付着部温度に応じた値とする。
【００１１】
【作用】
エンジン始動にかかる時間のバラツキにより始動に長く時間を要したときは、吸気管壁や吸気弁に所定値より多い付着燃料量が始動完了時に残存する。この逆に、始動がすぐに行われるときは所定値より少ない付着燃料量が始動完了時に残存する。このとき、第１の発明では所定値より多い付着燃料量が残存するとき始動後噴射量が少なくなる側に、また所定値より少ない付着燃料量が残存するとき始動後噴射量が多くなる側に調整されるので、始動完了時に残存する付着燃料量の多少に関係なく、始動後噴射量が最適値に収められる。これにより、始動後噴射量が不十分となったり、過剰となったりしないので、始動後の運転性を損ねることがなく、かつ有害成分の排出も抑制される。
【００１２】
さらに、第２の発明では、第二の始動後増量係数ＫＡＳ２の追加だけで足り、基本噴射量Ｔｐ、第一の始動後増量係数ＫＡＳ１などは従来のものをそのまま用いることができる。
【００１３】
吸気管壁などに残留する付着燃料は、始動完了の時点からも変化し、始動後のエンジン状態に応じた値へと収束していくので、このときの変化の程度（つまり応答）を一次遅れで近似することができる。この場合に、応答を定める時定数Ｔが始動完了時の燃料付着部温度に関係なく一定だと、時定数Ｔを適合したときの燃料付着部温度を外れる温度域でＫＡＳ２の算出精度が悪くなる。たとえば時定数Ｔを適合したときの燃料付着部温度より実際の燃料付着部温度のほうが高い場合にＫＡＳ２が過剰となり、この逆に時定数Ｔを適合したときの燃料付着部温度より実際の燃料付着部温度が低いときはＫＡＳ２が不足するのである。このとき第２の発明では、始動完了時の燃料付着部温度に応じて時定数Ｔを変化、たとえば燃料付着部温度が高いときは応答が早くなるように、また燃料付着部温度が低いときは応答がゆっくりになるように変化させるので、始動完了時の燃料付着部温度が異なってもＫＡＳ２の算出精度が悪くなることがない。
【００１４】
【実施例】
図１において、１はエンジン本体で、その吸気通路８には吸気絞り弁５の下流に位置して燃料噴射弁７が設けられ、コントロールユニット（図ではＣ／Ｕで略記）２からの噴射信号により運転条件に応じて所定の空燃比となるように、吸気中に燃料を噴射供給する。コントロールユニット２にはクランク角センサー４からのＲＥＦ信号とＰＯＳ信号、エアフローメーター６からの吸入空気量信号、排気通路８に設置した酸素センサー３からの空燃比（酸素濃度）信号、さらには水温センサー１１からのエンジン冷却水温信号等が入力され、これらに基づいて空燃比制御を行う。
【００１５】
詳細にはまず、スターター信号がＯＮ位置（つまりスターターが回っている状態）にあるときは始動時水温（イグニッションスイッチがＯＮとなったときの冷却水温）によって始動時噴射パルス幅（噴射弁への出力パルス幅）ＴＳＴが決定される。良好な始動性が得られるように、予め実験等により適合された値がテーブル値としてメモリーに格納されており、スターターからのＯＮ信号の入力と同時にこれが読み出され、その読み出した値に応じた始動時燃料が噴射されるわけである。
【００１６】
次に、スターター信号がＯＦＦ位置（つまり始動完了後）になると、エアフローメーターにより検出される吸入空気量Ｑとクランク角センサーにより検出されるエンジン回転数ＮとからＴｐ＝Ｋ×Ｑ／Ｎ（Ｋは定数）の式で基本噴射パルス幅Ｔｐ（基本噴射量）が演算され、かつこれに各種の増量係数やフィードバック補正係数を加えて燃料噴射弁に与える燃料噴射パルス幅Ｔｉが決定されるのであり、具体的にはＴｉ＝Ｔｐ×ＣＯＥＦ×α＋Ｔｓの式によってＴｉが求められる。ここで、ＣＯＥＦは各種増量係数で、水温増量係数ＫＴＷ、始動後増量係数ＫＡＳ、混合比係数ＫＭＲなどからなる。αは酸素センサーに基づいて演算される空燃比フィードバック補正係数、Ｔｓは燃料噴射弁の無効時間を補償するようにバッテリー電圧に応じて付加される電圧補正分である。
【００１７】
さて、上記の始動後増量係数ＫＡＳは、その初期値が始動時水温によって決定され、始動完了後時間（スタータースイッチがＯＮ→ＯＦＦとなってからの時間）とともに一定の割合で減少し、最終的に０になる値として設定されている。このＫＡＳはエンジンの始動完了のタイミングよりＴｐに乗じられるので、その値を大きくすれば、噴射量が増大して空燃比が理論空燃比よりリッチ側に向かい、燃焼が安定して良好な運転性が得られる。もちろん、過剰にリッチ側にすれば、かえって燃焼が安定せず運転性の悪化を招く事態もおこり得る。冷機時は、噴射燃料の多くが付着燃料として吸気ポートや吸気弁に残り、直接シリンダー（あるいは燃焼室）に吸入されないばかりか、吸気ポート壁温（燃料付着部温度）が低いために付着燃料の蒸発がはかばかしくなく、したがって、噴射した燃料にくらべて実際にシリンダーに吸入される燃料の割合が少ない状況であることや、吸気ポート壁温が低い状況下で絞り弁の急開によりシリンダーに吸入される空気量が急増した場合に、付着燃料の挙動の遅れで一時的にシリンダーに吸入される燃料量が空気量に比較して不足する、という状況になり空燃比がリーン側になりすぎることもあり、通常はＫＡＳによる燃料増量によって安定的な運転性を得ているのである。
【００１８】
しかしながら、ＫＡＳの初期値は始動時水温により決定しているだけであり、始動完了時に吸気ポートおよび吸気弁にどのくらいの付着燃料が残留するのかを考慮していないので、エンジン始動にかかる時間のバラツキなどによってＫＡＳの初期値に過不足が生じ、ＨＣ，ＣＯの発生を増大させたり、運転性を悪くしたりすることがある。
【００１９】
これに対処するため本発明では、始動中の噴射燃料量を積算するとともに、この始動中の噴射燃料量のシリンダーへの吸入率を始動時の燃料付着部温度に応じて求め、この吸入率と始動中の噴射燃料量の積算値とに基づいて始動完了時における付着燃料量を推定し、この推定値に応じて始動後増量係数を調整する。
【００２０】
詳細には、従来のＫＡＳを第一の始動後増量係数ＫＡＳ１とおき、これを補正するための第二の増量係数ＫＡＳ２を新たに導入し、これら２つの増量係数の和を最終的な始動後増量係数ＫＡＳとして決定するとともに、上記の始動完了時における付着燃料量の推定値を用いて第二の増量係数ＫＡＳ２を調整する。
【００２１】
コントロールユニット２で実行されるこの制御の内容を、以下のフローチャートにしたがって説明する。
【００２２】
図２は始動時噴射を行うためのフローチャートである。始動時噴射を行うためのルーチンは、一定時間ごとやエンジン一回転ごとに繰り返し実行すればよいのであるが、説明を簡単にするため、図２はエンジン一回転に一回、始動時噴射パルス幅ＴＳＴの出力が実行されるルーチンとして記述しており、イグニッションスイッチがＯＦＦ位置からＯＮ位置に切換えられたところで図２のルーチンをスタートさせる。
【００２３】
まず、ステップ１ではこのルーチンを初めて実行するのかどうかをフラグＦ０（初期値は“０”）をみて判断し、Ｆ０＝０（つまり初めて）であれば、ステップ２に進んで冷却水温ＴＷを始動時水温ＴＷＩＮＴとして取り込み、ステップ３では始動時噴射パルス幅の総和ＳＴＳＴをクリアする。
【００２４】
ステップ４ではフラグＦ０に“１”を代入し、このルーチンを経験したことを表示する。したがって、以降はステップ２、ステップ３、ステップ４を飛ばしてステップ５に進むことになり、始動時水温ＴＷＩＮＴのメモリー値が保存される。
【００２５】
ステップ５ではフラグＦ０（初期値は“０”）をみて、Ｆ１＝０であればステップ６に進んでスタータースイッチ（図ではＳＴ／ＳＷで略記）がＯＮ位置であるかＯＦＦ位置であるかをみる。
【００２６】
スタータースイッチがＯＮ位置であればステップ７に進んで始動時水温ＴＷＩＮＴから所定のテーブルを参照して始動時噴射パルス幅ＴＳＴを求め、これをステップ９において駆動信号に変換し、噴射弁に向け出力する。また、ステップ８ではテーブル参照した始動時噴射パルス幅ＴＳＴを総和ＳＴＳＴに加算する。
【００２７】
ステップ１０ではエンジン回転数Ｎが所定値以上に立ち上がったかどうかをみることなどにより始動が完了した（つまりエンジンがかかった）かどうかを判断し、始動完了前であれば図２の最初に戻ってＴＳＴの出力を繰り返し、始動完了のタイミングでステップ１０から１１に進み、フラグＦ１を“１”として図２のフローを終了する。
【００２８】
このようにして、始動までには何度かＴＳＴが繰り返して出力され、このＴＳＴの積算値が総和ＳＴＳＴにストアされることになる。
【００２９】
図３のフローチャートは第二の始動後増量係数の初期値ＫＡＳ２０を算出するためのものである。
【００３０】
まず、ステップ２１と２２で２つのフラグＦ１とＦ０をみてＦ１＝１かつＦ０＝１であるときは、始動完了のタイミングであると判断してステップ２３に進み、総和ＳＴＳＴを読み込む。
【００３１】
ステップ２４では燃料付着部温度を推定する。燃料付着部温度の推定は、始動時水温ＴＷＩＮＴに対する燃料付着部温度の関係を予め実験により求めておいてもよいし、エンジン停止後の経過時間を計測しておき、エンジンの冷却特性にしたがって推定してもよい。さらに外気温度によって推定値を修正してもよい。
【００３２】
ステップ２５では燃料付着部温度から始動中噴射燃料量のシリンダーへの吸入率Ｒを推定する。燃料付着部温度と吸入率との関係は、たとえば燃料の噴霧角や吸気ポートの形状から計算によって、あるいは予め実験により測定しておくことによって求めることができる。
【００３３】
使用される燃料の揮発特性（重質燃料であるか軽質燃料であるか）を考慮する必要があるときは、使用燃料の揮発性に応じた吸入率を与えればよい。重質燃料、軽質燃料といった揮発性の判定は、種々の燃料センサーを用いてもよいし、同一噴射量のときのエンジン安定性を回転変動を測定するなどして把握し、判断してもよい。
【００３４】
このようにして求めた吸入率Ｒと総和ＳＴＳＴを用いてステップ２６では始動完了直後において吸気ポート壁と吸気弁に残留する付着燃料量ＭＦＩＮＩＴを、
ＭＦＩＮＩＴ＝ＳＴＳＴ×（１−Ｒ）
の式により算出する。同式において、始動中の噴射燃料量の総和であるＳＴＳＴに吸入率Ｒを乗じた値が噴射燃料のうちからシリンダーに吸入される分であり、残りが始動完了のタイミングで吸気ポート壁と吸気弁に残留する付着燃料となるわけである。
【００３５】
この付着燃料量ＭＦＩＮＩＴからステップ２７では第二始動後増量係数の初期値ＫＡＳ２０を算出する。ＫＡＳ２０の値は、図４に示したように、所定値ＭＦＩＮＩＴ０のときを０として、これよりＭＦＩＮＩＴが多いときは負の値で、この逆に基準値よりＭＦＩＮＩＴが少ないときは正の値で与える。たとえば、始動にかかる時間のバラツキにより、実際に始動に要した時間が所定値より長引いたときは、ＭＦＩＮＩＴがＭＦＩＮＩＴ０より大きくなる。このときは、始動完了タイミングにおける付着燃料量が所定値よりも多くなっているのであるから、その過多の分をＫＡＳ２に負の値を与えることによってＫＡＳ１を減量するのである。具体的には、ＫＡＳ２０の最適な値を予め実験により測定してメモリー上にテーブルとして割り付けた番地に格納しておき、そのテーブルを参照することによってＫＡＳ２０を求める。
【００３６】
ステップ２８ではフラグＦ０に“０”を入れることにより以降は始動完了直後でないことを表示する。
【００３７】
図５のフローチャートは、第二始動後増量係数ＫＡＳ２の算出を行うものである。
【００３８】
まず、ステップ３１でフラグＦ１より始動完了しているかどうかをみて、Ｆ１＝１であれば始動完了していると判断し、ステップ３２以降に進む。図５では、初期値ＫＡＳ２０を求めたどうかの判定を行っていないので、フローチャートの実行の順番は、図３を先に、図５を後にする。
【００３９】
ステップ３２では始動完了からの時間ｔを、またステップ３３でＫＡＳ２を減少させるための時定数Ｔを読み込む。ＫＡＳ２は始動中の噴射燃料の多少によってこれを補正するための値であるから、始動中の噴射燃料の吸気ポート壁や吸気弁への付着燃料の減少にしたがってＫＡＳ２も減少させるほうがよい。そこで、時定数ＴによりＫＡＳ２の減少特性を表すこととする。つまり始動完了からの付着燃料の減少を一次遅れで近似し、これに合わせてＫＡＳ２も一次遅れで変化させるわけである。
【００４０】
ステップ３５では第一の始動後増量係数ＫＡＳ１（従来のＫＡＳに相当）を求める。ＫＡＳ１は始動時水温ＴＷＩＮＴによってその初期値が決定され、始動完了後時間とともに、その値を減少させる特性を持つ。
【００４１】
ステップ３６では２つの始動後増量係数ＫＡＳ１とＫＡＳ２の和を最終的な始動後増量補正係数ＫＡＳとして計算する。
【００４２】
ここで、本発明の作用を図６を参照しながら説明すると、同図はＴｐを基準とする燃料増量率の時間的推移を従来例と比較して表した波形図である。
【００４３】
エンジン始動にかかる時間のバラツキにより設定値より始動に長く時間を要したときは、始動完了タイミングでの付着燃料量ＭＦＩＮＩＴが所定値ＭＦＩＮＩＴ０より多くなるので、第一の始動後増量係数ＫＡＳ１だけを与えてＴｐを増量補正したのでは燃料供給過多となって、ＨＣ，ＣＯの排出量が増加する。
【００４４】
このとき、本発明によれば始動完了タイミングでの付着燃料量ＭＦＩＮＩＴが所定値ＦＩＮＴ０より多いことから、ＫＡＳ２が負の値で算出される。この負の値のＫＡＳ２によりＫＡＳ１が減量されると、ＫＡＳ１とＫＡＳ２の和である本発明のＫＡＳは従来のＫＡＳより減量されるので、始動に長く時間を要したときにも、ＨＣ，ＣＯの排出量が増加することがない。
【００４５】
同様にして、始動がすぐに行われるときは始動完了タイミングでの付着燃料量が所定値ＭＦＩＮＩＴ０より少なくなり、ＫＡＳ１だけだと燃料供給不足となって、運転性が悪くなるのであるが、このときには正の値のＫＡＳ２が算出されてＫＡＳ１が増量されることから、本発明のＫＡＳによれば従来のＫＡＳより増量される。これによって、始動に要する時間が短かすぎたときでも、十分な始動後増量を行うことができるので、運転性が悪くなることがない。
【００４６】
このようにして、本発明では、始動中の噴射燃料量のうち始動完了時に残留する付着燃料量に応じて始動後増量係数を調整することにしたので、不十分な始動後増量によって運転性を損ねることがなく、かつ過剰な始動後増量に伴う有害成分の排出も抑制できる。
【００４７】
この例では、上記の時定数Ｔを一定値で説明したが、実験的に他の特性が求められるならば、この例に従わなくともよいことはいうまでもない。たとえば、時定数Ｔを燃料付着部温度の関数としてもよいし、燃料付着部温度の推移の推定が困難な場合には、時定数Ｔを時間経過にしたがって増加させる特性を与え、その増加の速度を実験で求めておいてもよい。
【００４８】
【発明の効果】
第１の発明は、エンジンの始動中の噴射燃料量を積算する手段と、この始動中噴射燃料量のシリンダーへの吸入率を始動時の、前記噴射燃料が吸気管内に付着する部位である燃料付着部の温度に応じて算出する手段と、この吸入率と前記始動中噴射燃料量の積算値とに基づいて始動完了時における付着燃料量を推定する手段と、この始動完了時付着燃料量に応じて始動後噴射量を調整する始動後噴射量調整手段と、この噴射量の燃料を吸気管に供給する手段とを設けたので、エンジン始動にかかる時間にバラツキがあるときでも、始動後の運転性を損ねることがなく、かつ有害成分の排出も抑制することができる。
【００４９】
さらに、第１の発明では、前記始動後噴射量調整手段が、始動時水温と始動完了後時間とに応じて第一の始動後増量係数を算出する手段と、前記始動完了時付着燃料量に応じて第二の始動後増量係数の初期値を設定する手段と、この初期値と所定の時定数とから第二の始動後増量係数を算出する手段と、この第二の始動後増量係数で前記第一の始動後増量係数を補正して最終的な始動後増量係数を算出する手段と、この最終的な始動後増量係数で運転条件に応じた基本噴射量を増量補正した値を前記始動後噴射量として決定する手段とからなるので、第二の始動後増量係数の追加だけで足り、基本噴射量、第一の始動後増量係数などは従来のものをそのまま用いることができる。
【００５０】
第２の発明は、第１発明において、前記時定数を始動完了時の燃料付着部温度に応じた値とするので、始動完了時の燃料付着部温度が異なるときでも第二の始動後増量係数の算出精度が悪くなることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の制御システム図である。
【図２】始動時噴射に関するフローチャートである
【図３】始動後増量補正係数ＫＡＳ２の初期値を算出するためのフローチャートである。
【図４】始動完了直後の付着燃料量ＭＦＩＮＩＴに対する初期値ＫＡＳ２０の特性図である。
【図５】始動後増量補正係数ＫＡＳ２を算出するためのフローチャートである。
【図６】実施例の作用を説明するための波形図である。
【図７】第１の発明のクレーム対応図である。
【図８】 第１の発明のクレーム対応図である。
【符号の説明】
１ エンジン本体
２ コントロールユニット
３ 酸素センサー
４ クランク角センサー
６ エアフローメーター
７ 燃料噴射弁（燃料供給手段）
１１ 水温センサー
２１ 始動中噴射燃料量積算手段
２２ 吸入率算出手段
２３ 始動完了時付着燃料量推定手段
２４ 始動後噴射量調整手段
２５ 燃料供給手段
３１ 第一始動後増量係数算出手段
３２ 初期値設定手段
３３ 第二始動後増量係数算出手段
３４ 最終的始動後増量係数算出手段
３５ 始動後噴射量決定手段
Claims (2)
- エンジンの始動中の噴射燃料量を積算する手段と、
この始動中噴射燃料量のシリンダーへの吸入率を始動時の、前記噴射燃料が吸気管内に付着する部位である燃料付着部の温度に応じて算出する手段と、
この吸入率と前記始動中噴射燃料量の積算値とに基づいて始動完了時における付着燃料量を推定する手段と、
この始動完了時付着燃料量に応じて始動後噴射量を調整する始動後噴射量調整手段と、
この噴射量の燃料を吸気管に供給する手段と
を設け、
前記始動後噴射量調整手段は、始動時水温と始動完了後時間とに応じて第一の始動後増量係数を算出する手段と、前記始動完了時付着燃料量に応じて第二の始動後増量係数の初期値を設定する手段と、この初期値と所定の時定数とから第二の始動後増量係数を算出する手段と、この第二の始動後増量係数で前記第一の始動後増量係数を補正して最終的な始動後増量係数を算出する手段と、この最終的な始動後増量係数で運転条件に応じた基本噴射量を増量補正した値を前記始動後噴射量として決定する手段とからなる
ことを特徴とするエンジンの空燃比制御装置。 - 前記時定数を始動完了時の燃料付着部温度に応じた値とすることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの空燃比制御装置。
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