JP4522339B2

JP4522339B2 - 内燃機関の空燃比制御装置

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Publication number: JP4522339B2
Application number: JP2005220326A
Authority: JP
Inventors: 智久正田; 圭一榎木; 英明谷
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-07-29
Filing date: 2005-07-29
Publication date: 2010-08-11
Anticipated expiration: 2025-07-29
Also published as: US7273040B2; JP2007032503A; US20070023021A1

Description

この発明は内燃機関の空燃比を制御する空燃比制御装置に関し、特に始動直後の空燃比制御が適切に行われるようにしたものに関する。

内燃機関では周知のように、燃費向上や排気ガスの浄化などを目的としていわゆる空燃比フィードバック制御（空燃比制御ともいう）が行われている。空燃比フィードバック制御は、一般的には排気通路に設置されている空燃比センサがリッチ状態を検出している時はインジェクタからの燃料噴射量を減少させて空燃比をリーン側に移行させ、逆に空燃比がリーン状態を示している時には燃料噴射量を増加させてリッチ側に移行するよう制御して、排気通路を通過する空燃比を目標空燃比に一致させる制御が行われている。
ところで、内燃機関が始動した直後には内燃機関内部の各部分の状態（例えば温度）が通常状態とは異なっているために、通常状態で最適に動作するよう設定された空燃比制御をそのまま用いたのでは、種々の問題が生じる可能性があり、例えば、特許文献１には始動直後の空燃比フィードバック制御の開始時点に、最初のリーン方向への積分制御に用いる積分定数を通常値よりも大きくして、制御速度を増大させ目標空燃比への収束性を高め、さらに、空燃比制御が正常に行われないその他が原因で生じるエンジン回転数落ちを抑制するため、点火時期を進角補正する技術が開示されている。

しかし、特許文献１に開示された技術では、特に冷機始動時においてよい制御状態がすぐには得られないという課題が残っている。このことの理解を助けるため図９に始動直後の状態を模式的に図示しながら説明する。図９は横軸に始動後の経過時間をとり、Ａ図として空燃比フィードバック補正係数を、Ｂ図として空燃比の時間経過を、Ｃ図としてエンジン回転速度変化を示している。確実に始動（特に冷機始動）させるためには、始動時に燃料を大量に噴射しなければならない。この大量噴射された始動時燃料によって始動直後、特に冷機始動直後は一時的に非常にリッチな空燃比となる（図９Ｔ１）ので、空燃比フィードバック制御の積分定数を通常値より大きくし制御速度を増大させても（図９Ａ）、空燃比を検出するセンサの応答遅れ時間、燃料噴射量の輸送遅れ時間等の遅れ時間が原因で空燃比の目標空燃比への移行に遅れが生じて（図９Ｔ２まで）、すぐに目標空燃比への移行は始まらない。また、空燃比のリーン方向への移行が始まり目標空燃比を超えると、今度はリッチ方向への空燃比フィードバック制御となるが、前述したように遅れ時間が存在するので、すぐには空燃比がリッチ方向へ移行せず（図９Ｔ２〜Ｔ３）、その遅れ時間の間に最初のリーン方向への積分制御に用いる積分定数を通常値よりも大きくしたこと、つまりリーン方向への制御速度の増大が原因となって、過度にリーン方向へ空燃比が移行してしまいオーバーシュート（図９Ｂ）となり、回転速度が低下して、ついには失火してしまうという課題があった。
さらに空燃比フィードバック制御により、そのオーバーシュート状態を目標空燃比に戻すために、リッチ方向に大きく空燃比フォードバック制御を行うので、空燃比が目標空燃比に対してハンチング状態になり目標空燃比への収束が遅くなるという課題もあった（図９Ｔ４以後）。

また、市販されている燃料各社間の燃料特性のばらつき、精製季節による特性のばらつきがあることを考慮すると、冷機始動（例えば０℃）で揮発性が悪い燃料を使用した場合、インジェクタから噴射した燃料が十分に気化せず、燃料噴射量に対しシリンダへ吸入される実際の燃料量が少なくなるうえ、空燃比フィードバック制御の積分定数を通常値より大きくして空燃比のオーバーシュートが発生すると、供給燃料量はさらに過少となってしまうので、ついには失火してエンジンストールが発生してしまうという課題もあった。
特開平８−３１２４２８号公報

上記のように、従来の空燃比フィードバック制御では、特に冷機始動直後は空燃比がすぐには安定せず、ハンティングやオーバーシュートが生じて、目標空燃比への収束が遅くなるだけでなく、時にはエンジンがストールしてしまうなどの課題があった。
また、市販されている燃料の各社間の特性のばらつき、精製季節による特性のばらつきなどに十分には対応し得ないという課題があった。

本発明は上記の課題を解消し、燃料特性のばらつきの影響を受けることが少なく、始動直後でも実際の空燃比が目標空燃比に対してオーバーシュートすることなく、ストールを起こすこともなく速やかに目標空燃比に収束し、且つドライバビリティを損なわない内燃機関の空燃比制御装置を提供するものである。

この発明の内燃機関の空燃比制御装置は、燃料噴射手段を有する内燃機関の空燃比を検出する空燃比センサ、
前記空燃比センサの検出値があらかじめ与えられた目標空燃比に一致するように燃料噴射量を演算する演算手段を有し、前記燃料噴射量に基づいて前記燃料噴射手段を制御する空燃比フィードバック制御手段、
前記内燃機関が始動を完了した状態にあるか否かを判定する始動完了判定手段、
前記内燃機関が前記始動完了後、通常状態に入ったか否かを判定する機関状態判定手段、
前記始動完了判定手段が始動完了と判定したときから、前記機関状態判定手段が通常状態に入ったと判定するまでの間、前記演算手段の出力範囲を、この出力範囲の制限が解除されたときの範囲の１０％〜５０％の範囲に制限する上下限クリップ設定手段を備えたものである。

本発明の内燃機関の空燃比制御装置によれば、始動直後に空燃比フィードバック制御の演算を行う演算回路の出力に、通常より小さい始動直後用上下限クリップ値を設けて空燃比フィードバック制御を行うようにしたので、目標空燃比に対し内燃機関の実空燃比がオーバーシュートすることなく、従来よりも短い時間で速やかに目標空燃比へと収束させることができるという効果が得られる。

以下、本発明の実施形態について図を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
まず、本発明の実施形態１の内燃機関の空燃比制御装置について説明する。図１は本発明の内燃機関の空燃比制御装置の構成を説明するため内燃機関に用いた状態を示す説明図である。本発明の空燃比制御装置を適用できる内燃機関は特別なものである必要はなく、その基本的な構成と動作は周知事項であるが、本発明の理解を助けるため、あえて説明する。内燃機関１（以下、エンジンと称す）にはエンジン１のクランク軸のクランク角度と共にエンジン回転数を検出可能なクランク角センサ９を設置している。エンジン１に供給される空気はエアフィルタ２で空気中のごみが取り除かれ、スロットルバルブ５の開度を調整してエンジン１へ流入する空気量が調整される。吸気管７にはインジェクタ８をエンジン１の燃焼室に指向するように設置してあり、スロットルバルブ５により調整された空気量とインジェクタ８から噴射された燃料により混合ガスが形成され、その混合ガスはエンジン１の燃焼室に送られる。

また、エアフィルタ２から吸気管７までの間には、吸入空気の温度を計測する吸気温センサ３と、空気流量を計測するエアフロセンサ４と、アイドル・スピード・コントロール（以下、ＩＳＣと称す）開度を調整するＩＳＣバルブ６が設置されている。また、図示しないがエンジン１の冷却水温度を検出する水温センサも設置されている。

エンジン１の燃焼室に送られた混合ガスは、燃焼室に臨んで設けられた図示しない点火プラグの電気火花により着火し、燃焼する。燃焼後の既燃ガスは排気管１３を通って、排気管１３に設けられた空燃比センサ１０により既燃ガスの空燃比が検出されるとともに、空燃比センサ１０より下流に設けた触媒（例えば三元触媒）１１によって浄化され排出される。

エンジン・コントロール・ユニット（以下、ＥＣＵと称す）１２は、始動時における噴射燃料その他の各種定数を格納しているＲＯＭ（リードオンリメモリ）、空燃比フィードバックの補正値等の演算値を一時的に格納するＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、エンジン１の回転速度、吸入空気量から基本燃料噴射量等の演算を実行するＣＰＵ（マイクロプロセッサ）、空燃比センサ１０等の検出信号が入力される入出力インターフェース、インジェクタ８の駆動信号等を出力する駆動回路を具備し、以下に説明する本発明の空燃比制御装置の一部を構成している。

ＥＣＵ１２は、クランク角センサ９等の各種センサの検出信号が入出力インターフェースを介して入力され、ＣＰＵにて演算を行いエンジン１の運転状態を判断するとともに、エアフロセンサ４と水温センサからの検出信号等に基づきＲＯＭから各種定数を、空燃比センサ１０の検出信号に基づく空燃比フィードバック制御の補正量をＲＡＭから読み込んで、ＣＰＵにてインジェクタ８の燃料噴射量を演算し、入出力インターフェース、駆動回路を介してインジェクタ８から演算された噴射量の燃料を噴射する制御を行っている。

図２を用いて更に詳しく説明する。図２はＥＣＵ１２の内部で行われる空燃比フィードバック制御を制御ブロック図として示す図である。空燃比フィードバック制御は、制御上の目標空燃比とエンジン１から排出される排気ガスの空燃比（実空燃比という）との差を求め、この差に基づいて演算、例えば微分、積分演算などを行いインジェクタ８から噴射される燃料量を増減するための燃料補正量を算出し、インジェクタ８からの燃料噴射量を増減させて、実空燃比が目標空燃比に一致するように制御するものである。

まず、インジェクタ８から噴射される燃料噴射量は、基本燃料噴射量ＰＷｓと、これに加えられる各種の補正係数Ｋｏｆと、空燃比制御によって制御されるフィードバック補正量Ｋｆｂ、更にインジェクタ８の作動遅れ時間Ｔｄを加味して決定される。
基本燃料噴射量ＰＷｓは、クランク角センサ９の検出信号からＥＣＵ１２にて演算したエンジン１の回転速度ＮＥと、エアフロセンサ４からの吸入空気量Ｑａに基づき、ＰＷｓ＝Ｋ×Ｑａ×ＮＥ（Ｋは定数）として算出する。その基本燃料噴射量ＰＷｓに空燃比フィードバック補正係数Ｋｆｂ、各種補正係数Ｋｏｆ、インジェクタ８の作動遅れ時間Ｔｄを加味して、最終の燃料噴射量ＰＷｅ、（ＰＷｅ＝ＰＷｓ×Ｋｆｂ×Ｋｏｆ＋Ｔｄ）が算出される。

空燃比フィードバック補正量Ｋｆｂの演算は、エンジン１の運転状態に応じた目標空燃比に対し空燃比センサ１０からの空燃比との差分（図２の左部分に記載のｅｒｒ）を求める。その差を図２の点線内の空燃比フィードバック制御手段３１の内部で、比例演算項、積分演算項ごとに演算を実施し、それら各演算結果を加算して、フィードバック補正量を算出している。
また、各種補正係数ＫｏｆはＥＣＵ１２内のＲＯＭに格納されているものをセンサの検出値に応じて読み出してきて用いる。例えば水温補正係数Ｋｗｔは水温が低いときほど燃料量を増加させるよう設定されている。

空燃比フィードバック制御手段３１の積分演算回路の出力部には図２に示すように上下限クリップ設定手段３２を設けてあり、積分演算の出力値は上下限クリップ設定手段３２が設定したクリップ値を超えることはなく、このクリップ値の範囲内で上述のように、空燃比フィードバック制御を実行する。

ここで上下限クリップ設定手段３２の構成について説明する。上下限クリップ設定手段３２は複数の互いにレベルの異なるリミッタ（図２では２種類の場合を図示）と、この複数のリミッタの内の１つを選択するスイッチ３４とを含んでいる。なお、言うまでもなくこれらの機能は図１のＣＰＵで達成されればよいのであって、ハードウェアで構成される必要はない。図２の２種類のリミッタは、始動直後用上下限クリップ値３５と通常用上下限クリップ値３６である。始動直後用上下限クリップ値３５の設定レベルは通常用上下限クリップ値３６の設定レベルの、例えば１０％ないし５０％の値に設定される。

次に、図３のフローチャートを参照しながら、本発明の実施の形態１の空燃比制御装置の動作について詳細に説明する。
まず、図３の説明の前に、大まかな流れを説明する。エンジン１の図示しないスタートスイッチから、信号がＥＣＵ１２に送られるとともにエンジン１でクランキングが開始され、クランク角センサ９の出力信号に応じ所定のタイミングに合わせてインジェクタ８から始動時燃料（ＰＷｉという）が噴射され、混合ガスの燃焼が起こり、エンジン１が始動し始める。始動時には図２のスイッチ３３は図２のＡの側に接続されており、空燃比フィードバック制御手段３１は回路から切り離されている。即ち、始動時には確実に初爆させてエンジン１を始動させるために通常の燃料噴射量よりも多量の燃料を噴射させるため、あらかじめ定めた始動時燃料噴射量ＰＷｉを用いる。ＰＷｉは固定値ではなく、例えばエンジン１の水温が低いほど初回燃料噴射量を多くするようＥＣＵ１２内のＲＯＭにテーブルとして格納してあり、図示しない水温センサの検出信号に応じてＲＯＭから読み込み、インジェクタ８から噴射される。

エンジン１の始動が完了（例えばエンジン回転速度が所定のレベルに達する）すると、図２のスイッチ３３が始動時の燃料噴射制御Ａ側から通常の燃料噴射制御Ｂ側に切り替わる。
通常の燃料噴射量制御は、クランク角センサ９の検出信号に基づくエンジン１の回転速度とエアフロセンサ４の検出信号に基づく吸入空気量から理論空燃比になるよう基本燃料噴射量ＰＷｓを算出し、水温補正係数Ｋｗｔ等の補正量を加えた最終の燃料噴射量（ＰＷｅという）を算出した後、インジェクタ８を駆動し燃料を噴射する。

上記の制御は、図３のフローチャートに示す手順で行われる。即ち、ＥＣＵ１２に電源が入ると図３に示すフローチャートのスタート以下が実行される。まずステップＳ１１でエンジン１の始動が完了したか否かを検出する。この判定は、エンジン１の始動完了判定フラグに基づくもので、例えば、エンジン１の回転速度が５００ｒ／ｍｉｎ以上で始動完了と判定して、始動完了判定フラグを１にするよう設定されている。

Ｓ１１でＮＯ判定の場合、エンジン１がまだクランキング状態にあるか、もしくは始動不良によりエンジン１が完全に始動していない等の状態であるのでＳ１６に進み、始動直後用上下限クリップ値３５（図２の上下限クリップ設定手段３２において、スイッチ３４が始動直後用上下限クリップ値３５を選択する）を設定してリターンする。Ｓ１１でＹＥＳ判定の場合は、エンジン１の始動が完了しているのでＳ１２に進む。
Ｓ１２では、例えば、空燃比センサ１０が活性化しているか否かの判定に基づき空燃比フィードバック制御を実行するか否かの判定を行う。例えば空燃比センサ１０のセンサ素子温度が所定値（例えば３５０℃）以上で空燃比センサ１０が活性化したと判定するよう設定されている。Ｓ１２でＹＥＳ判定の場合は空燃比フィードバック制御を実行するのでＳ１３に進み、始動直後用上下限クリップ値の解除判定を行うが、ＮＯ判定の場合はリターンされる。

Ｓ１３に進むと、始動直後用上下限クリップ値解除フラグＦＢＣＳＦがセットされているか判定する。この始動直後用上下限クリップ値の解除判定（Ｓ１３）を実行する手段は、本発明で言う機関状態判定手段であって、実施の形態１では図４に示すフローチャートで判定を行う。また実施の形態２では図６のフローチャートで、更に実施の形態３では図７のフローチャートで実行されるものであって、それぞれ詳細に後述する。
図４のフローチャートは所定時間ごとに繰り返し実行され、詳細については後述する。Ｓ１３において始動直後用上下限クリップ値解除フラグＦＢＣＳＦが１にセットされている場合は、Ｓ１４の判定はＹＥＳ判定になるのでＳ１５に進み、始動直後用上下限クリップ値を解除して通常用上下限クリップ値を設定し（図２の上下限クリップ設定手段３２において、スイッチ３４が通常用上下限クリップ値３６を選択する）リターンされ、これにより、始動直後用上下限クリップ値３５での空燃比フィードバック制御が終了して通常用上下限クリップ値３６での空燃比フィードバック制御が開始される。一方、Ｓ１３で始動直後用上下限クリップ値解除フラグＦＢＣＳＦがゼロの場合は、Ｓ１４の判定はＮＯ判定となり、リターンされる。

ここで、始動直後用上下限クリップ値の解除判定フローについて、図４により説明する。図４のフローを実行する手段は前述の通り機関状態判定手段の複数の方法のうちの1つの方法であって、空燃比制御状態判定手段と呼ぶ。まず、Ｓ１０１で空燃比フィードバック制御中か否かの判定を行い、ＮＯ判定の場合はリターンされ、ＹＥＳ判定の場合はＳ１０２に進む。Ｓ１０２では、空燃比センサ１０からの検出信号に基づきＥＣＵ１２にて演算された実空燃比Ｌａｆを読み込み、Ｓ１０３で目標空燃比Ｌａｆ＿０を読み込む。

Ｓ１０４では、Ｓ１０２、Ｓ１０３で読み込んだ実空燃比Ｌａｆと目標空燃比Ｌａｆ＿０から差分Ｌａｆ＿ｅｒを算出する。この差分Ｌａｆ＿ｅｒは図３でも示すように空燃比フィードバック制御時の補正演算を行うものと同一である。

そして、Ｓ１０５に進み、実空燃比Ｌａｆと目標空燃比Ｌａｆ＿０の差分Ｌａｆ＿ｅｒが所定値内か否かの判定を行う。この所定値は、空燃比センサ１０で検出される空燃比が目標空燃比にどれだけ近づいたかを示すものであり、例えば０．３に設定する。実空燃比Ｌａｆと目標空燃比Ｌａｆ＿０の差分Ｌａｆ＿ｅｒが所定値内の時、つまりＳ１０５の判定がＹＥＳの時はＳ１０６に進む。一方、Ｓ１０５でＮＯ判定、つまり実空燃比Ｌａｆと目標空燃比Ｌａｆ＿０の差分Ｌａｆ＿ｅｒが所定値外の時にはＳ１０９に進み、後述するカウントＬａｆｅｒ＿Ｃｎｔをゼロにリセットして、リターンされる。

Ｓ１０５がＹＥＳ判定で、Ｓ１０６に進むと、カウントＬａｆｅｒ＿Ｃｎｔを１だけインクリメントする。このカウントＬａｆｅｒ＿Ｃｎｔは、実空燃比Ｌａｆと目標空燃比Ｌａｆ＿０の差分Ｌａｆ＿ｅｒが所定値内を継続している時のみインクリメントされるカウントで、このカウントにより、実空燃比Ｌａｆが目標空燃比Ｌａｆ＿０に収束しているか否かが判別でき、後述するＳ１０７での収束判定の際使用する。

Ｓ１０６でカウントＬａｆｅｒ＿Ｃｎｔを１だけインクリメントしてＳ１０７に進むと、カウントＬａｆｅｒ＿Ｃｎｔが所定値より大きいか否かの判定を行う。この所定値は実験的に求められるもので、例えば２０に設定される。Ｓ１０７でカウントＬａｆｅｒ＿Ｃｎｔが所定値より小さい、つまりＮＯ判定の時は、始動直後用上下限クリップ値３５を設定した空燃比フィードバック制御を継続する必要があるので、リターンされる。一方、カウントＬａｆｅｒ＿Ｃｎｔが所定値より大きいＹＥＳ判定の場合には、実空燃比Ｌａｆが目標空燃比Ｌａｆ＿０に収束しており、始動直後用上下限クリップ値を解除可能であるので、Ｓ１０８に進んで始動直後用上下限クリップ値解除フラグＦＢＣＳＦを１にセットしてリターンされる。この始動直後用上下限クリップ値解除フラグＦＢＣＳＦが１にセットされることで、通常用上下限クリップ値にいつでも再設定できる。
以上のように空燃比制御状態判定手段は、所定の時間間隔で繰り返し前記空燃比センサの検出値を読み込んで、前記目標空燃比との偏差があらかじめ定めた範囲内である状態が連続して所定の回数検出されたとき、空燃比が前記目標空燃比にあらかじめ定めた偏差範囲内に制御されていると判定するものである。

次に、上記の本発明の実施の形態１について、図５のタイミングチャートで各種の制御値の時間変化の状態について例を用いて説明する。なお、図５には本発明の効果を示すため、本発明を用いなかった場合の制御値の変化を点線で、用いた場合の制御値の変化を実線で示し、その両者の差を斜線で示している。
時刻Ｔ１で、運転手がエンジン１を始動させるため、キーオンするとＥＣＵ１２の電源が入り、図示しないスタータが回転し、始動燃料噴射が実行され、始動完了フラグが１になる前に始動直後用上下限クリップ値３５が設定される。時刻Ｔ２で、エンジンの回転速度が所定回転以上になると始動完了フラグ（図５（Ａ））が１にセットされる。また時刻Ｔ１でＥＣＵ１２への電源が入るとともに空燃比センサ１０のヒータへ通電制御も開始され、空燃比センサ１０の素子が時刻Ｔ３で所定温度以上になると、空燃比センサ１０が活性したと判定し、空燃比フィードバックフラグが１になり、空燃比フィードバック制御が開始される。

時刻Ｔ３で空燃比フィードバック制御が開始されると、その時の実空燃比Ｌａｆと目標空燃比Ｌａｆ＿０との差に応じて空燃比フィードバック補正量が演算される。始動直後は始動時に多量に噴射された燃料の影響が残っており実空燃比Ｌａｆがリッチを示すので、空燃比フィードバック補正によってリーン側に補正、つまり燃料噴射量を減少するように積分演算が実行される。

この空燃比フィードバック補正量の演算時に積分演算の上下限クリップが通常値の場合（即ち本発明を用いなかった場合）、フィードバック補正量の演算は、実空燃比Ｌａｆを目標空燃比Ｌａｆ＿０に戻すために大幅に燃料噴射量を減量する演算結果となるので、実空燃比Ｌａｆの目標空燃比Ｌａｆ＿０への移行開始時間は速い。しかし、大幅に噴射燃料量を減量するために実空燃比Ｌａｆが目標空燃比Ｌａｆ＿０を超過するオーバーシュートが発生し、エンジン回転数も低下してしまう（図５点線のようになる）。

始動直後用上下限クリップ値を設定している場合（本発明を用いている場合）は、まず、空燃比フィードバック補正量の演算は通常通り実行されるが、空燃比フィードバック補正の積分演算に始動直後用上下限クリップ値が設定されているため、空燃比フィードバック補正の積分演算値が制限されるので（図５（Ｅ）斜線部）、最終のフィードバック補正量も制限される（図５（Ｆ）：斜線部）。この始動直後用上下限クリップ値によるフィードバック補正量の制限により大幅な燃料噴射量の減量がなくなるため、前述した積分演算の上下限クリップが通常値の場合と比較して、実空燃比Ｌａｆのリッチ状態からの移行開始時間は遅いが、実空燃比Ｌａｆが目標空燃比Ｌａｆ＿０に対しオーバーシュートすることなく（図５（Ｇ）：斜線部）、目標空燃比Ｌａｆ＿０へと収束して、エンジン回転数の落ち込み（図５（Ｈ）：斜線部）も発生しない。（時刻：Ｔ３からＴ４）。

そして、実空燃比Ｌａｆが目標空燃比Ｌａｆ＿０に収束し、実空燃比Ｌａｆと目標空燃比Ｌａｆ＿０の差分Ｌａｆ＿ｅｒが所定値内でカウントＬａｆｅｒ＿Ｃｎｔが所定回数より大きくなったとき、始動直後用上下限クリップ値解除フラグＦＢＣＳＦが１になり、始動直後用上下限クリップ値が解除され、通常用上下限クリップ値が設定されて、始動直後用上下限クリップ値での空燃比フィードバック制御が終了する（時刻：Ｔ４）。

上記、本発明の第１の実施形態によれば、空燃比フィードバック積分演算に始動直後用上下限クリップ値を設定するので、実空燃比がリッチ状態から空燃比フィードバック制御を開始しても、始動燃料噴射量の影響を排除して目標空燃比に対し実空燃比がオーバーシュートすることなく、速やかに目標空燃比へと収束させることができる。
また、実空燃比と目標空燃比との差が所定値内であることが所定回数繰り返し計測されたときに、始動直後用上下限クリップ値を通常用上下限クリップ値に変更するようにしたので、適切な時間で上下限クリップ値を通常値に戻し、始動直後と通常時の空燃比フィードバックの制御性能を両立させることができる。

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２の空燃比制御装置は、図１のエンジン１の構成、図３のフローチャートは同じである。そして図３のＳ１３の始動直後用上下限クリップ値解除判定が図６に示すサブフローチャートのようになり、空燃比フィードバック制御を開始するとともにタイマが作動する。

図３のフローチャートに変更はないので、説明は省略する。図６を参照しながら変更部のみ説明する。図６のサブフローチャートも第１の実施形態と同様に所定時間ごとに実行され、まずＳ１０１で空燃比フィードバック制御中か否かの判定行う。この判定は、実施の形態１と同様の判定で、ＹＥＳ判定の場合はＳ２０２へＮＯ判定の場合はリターンされる。

Ｓ２０２に進むと、空燃比フィードバック制御経過時間ＴＦＢがカウントされ始め、Ｓ２０３に進み、空燃比フィードバック制御経過時間ＴＦＢが所定時間以上か否かの判定を行う。この所定時間は、実験的に求められるもので実空燃比が目標空燃比に確実に収束する時間に設定されており、４から１０秒程度の値、例えば４秒に設定される。またこの時間長さは条件、例えば冷却水温によって変化するようにしてもよい。エンジンが通常状態に至る時間は冷却水温が高ければ短く、低ければ長くかかるから、図示しないタイマ時間調整手段（ＥＣＵ内部のプログラム）を用いて、例えば水温センサの検出値にもとづいて水温が低ければ長く、高ければ短くするようにしてもよい。

Ｓ２０３でＹＥＳ判定、つまり空燃比フィードバック制御経過時間ＴＦＢが所定時間以上となったなら、実空燃比が目標空燃比に対して収束していると期待されるので、Ｓ１０８に進む。一方ＮＯ判定、即ち空燃比フィードバック制御経過時間ＴＦＢが所定時間以下の場合には、さらに始動直後用上下限クリップ値を設定した空燃比フィードバック制御を継続する必要があるので、リターンされる。Ｓ２０４に進むと、始動直後用上下限クリップ値解除フラグＦＢＣＳＦが１にセットされリターンされる。

そして、図３のフローチャートに戻り、図６のサブフローチャートで始動直後用上下限クリップ値解除フラグＦＢＣＳＦが１にセットされている場合には、Ｓ１４の判定はＹＥＳ判定になるのでＳ１５に進み、始動直後用上下限クリップ値を解除して通常用上下限クリップ値を設定しリターンされ、これにより、始動直後用上下限クリップ値での空燃比フィードバック制御が終了して通常用上下限クリップ値での空燃比フィードバック制御が開始される。一方、Ｓ１３で始動直後用上下限クリップ値解除フラグＦＢＣＳＦがゼロの場合は、Ｓ１４の判定はＮＯ判定となり、リターンされる。

上記、第２の実施形態によると、始動直後用上下限クリップ値を始動直後用フィードバックタイマＴＦＢに応じて、通常用上下限クリップ値に変更するので、始動直後用上下限クリップ値の有効期間は始動から所定の時間内に限定され、必ず通常時の空燃比フィードバック制御性能を確保できる。

実施の形態３．
次に、実施の形態３について説明する。実施の形態３でも図１、図３には変更がなく、図３のＳ１４の始動直後用上下限クリップ値解除判定サブフローチャート（即ち、機関状態判定手段）が図７のように変更されるので、この変更部のみを説明する。

まず、Ｓ１０１で第１，２の実施形態と同様、空燃比フィードバック制御中か否かの判定を行い、ＹＥＳ判定ならＳ３０２に進み、ＮＯ判定の場合はリターンされる。Ｓ３０２に進むと、アクセル開度を読み込む、アクセル開度は図示しないアクセル開度検出手段により読み込まれる。次にＳ３０３に進むと、Ｓ３０２で読み込んだアクセル開度が所定値以上か否かの判定を行う。この所定値はアクセルを踏み込んでいないのにアクセルを踏み込んだと判定しない値に設定されている。例えば開度の動作範囲０〜１００％に対して、開度が５％以上のときアクセルが踏み込まれていると判定する。アクセルが踏み込まれているときにはＹＥＳ判定なのでＳ３０４に進み、踏み込まれていなければＮＯ判定なのでリターンされる。

Ｓ３０３がＹＥＳ判定でＳ１０８に進むと、始動直後用上下限クリップ値解除フラグＦＢＣＳＦが１にセットされリターンされ、図３のフローチャートのＳ１４での判定はＹＥＳ判定となるのでＳ１５に進み、始動直後用上下限クリップ値を解除して通常用上下限クリップ値を設定しリターンされ、これにより、始動直後用上下限クリップ値での空燃比フィードバック制御が終了して通常用上下限クリップ値での空燃比フィードバック制御が実施される。一方、Ｓ１３で始動直後用上下限クリップ値解除フラグＦＢＣＳＦがゼロの場合は、Ｓ１４の判定はＮＯ判定となりリターンされる。

実施の形態３によると、アクセル開度の動作に応じて始動直後用上下限クリップ値を通常用上下限クリップ値に変更するので、始動後すぐに発進した場合でも通常時の空燃比フィードバック性能を確保できる。即ち、アクセル開度の動作に基づき、始動直後用上下限クリップ値を通常用上下限クリップ値に変更するようにしたので、始動後すぐアクセルを踏み込んだ時に空燃比フィードバック制御の補正を過小にすることがないので、失火やエンジンストールを発生させることがない。

実施の形態４．
実施の形態１、２、３では、機関状態判定手段が、空燃比の制御状態を見るか、始動後のタイマの経過時間を見るか、アクセルが操作されたか否かを見ることによって、機関が始動直後の状態から通常の状態へと移行したかどうか判定するようにしている。実施の形態１〜３の説明ではこれらの方法のどれか一つを実施するという説明を行っている。しかし、これら３つの方法（あるいはそのうちの任意の２つ）を同時に実施するようにしてもよい。このようにした場合の始動直後の空燃比制御のフローチャートを図８に示す。図８では実施の形態１と２と３の機関状態判定手段を同時に実施する例を示している。２つ又は３つの方法を同時に採用した場合、機関状態判定手段が、内燃機関が通常の状態に移行したと判定する条件は、各方法での判定結果のＡＮＤをとってもよいし、ＯＲをとってもよいし、あるいはＡＮＤ／ＯＲを運転状態に応じて切り替えられるようにしてもよい。

ＡＮＤをとった場合は、全ての方法の判定結果が通常状態と判定した時点で起動直後用上下限クリップ値を解除するので、用いた方法の内、通常状態との判定が最も遅くなされたタイミングに応じた結果となる。ＯＲをとった場合は、全ての方法のうちの最初の１つの判定結果が通常状態と判定した時点で通常状態に移行するので、用いた方法の内、通常状態との判定が最も早くなされるタイミングに応じた結果となる。このような構成とすることで、例えば３つの方法のうちの１つが故障したような場合にも始動直後の空燃比制御が正常に実行されるという効果が得られる。

この発明の内燃機関の空燃比制御装置は、燃料噴射量を制御することのできる内燃機関であれば、点火方法如何にかかわらず適用することができる。また、用いる内燃機関は車両に限らず、バイク、船舶、航空機の内燃機関に用いることができる。

本発明の内燃機関の空燃比制御装置の構成を示す構成図である。図１のＥＣＵの空燃比フィードバック制御系を示すブロック図である。図２の制御ブロックの動作フローチャートである。本発明の第１の実施形態でのサブフローチャートである。本発明の第１の実施形態でのタイミングチャートである。本発明の第２の実施形態でのサブフローチャートである。本発明の第３の実施形態でのサブフローチャートである。本発明の第４の実施形態での制御ブロックの動作フローチャートである。本発明の課題の説明のため、特許文献１に開示された空燃比制御装置を用いてエンジンを始動した直後のエンジンの状態を説明する特性図である。

符号の説明

１：内燃機関（エンジン）、２：エアフィルタ、３：吸気温センサ、
４：エアフロセンサ、５：スロットルバルブ、
６：アイドル・スピード・コントロールバルブ（ＩＳＣバルブ）、
７：吸気管、８：インジェクタ、９：クランク角センサ、
１０：空燃比センサ、１１：触媒、
１２：エンジン・コントロール・ユニット（ＥＣＵ）、１３：排気管、
１４：アクセル開度センサ、３１空燃比フィードバック制御手段、
３２上下限クリップ設定手段、３３スイッチ、３４選択するスイッチ、
３５始動直後用上下限クリップ値、３６通常用上下限クリップ値。

Claims

燃料噴射手段を有する内燃機関の空燃比を検出する空燃比センサ、
前記空燃比センサの検出値があらかじめ与えられた目標空燃比に一致するように燃料噴射量を演算する演算手段を有し、前記燃料噴射量に基づいて前記燃料噴射手段を制御する空燃比フィードバック制御手段、
前記内燃機関が始動を完了した状態にあるか否かを判定する始動完了判定手段、
前記内燃機関が前記始動完了後、通常状態に入ったか否かを判定する機関状態判定手段、
前記始動完了判定手段が始動完了と判定したときから、前記機関状態判定手段が通常状態に入ったと判定するまでの間、前記演算手段の出力範囲を、この出力範囲の制限が解除されたときの範囲の１０％〜５０％の範囲に制限する上下限クリップ設定手段を備えたことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
前記上下限クリップ設定手段は、前記機関状態判定手段が通常状態に入ったと判定した後は、前記演算手段の出力範囲の制限を解除することを特徴とする請求項１に記載の空燃比制御装置。
燃料噴射手段を有する内燃機関の空燃比を検出する空燃比センサ、
前記空燃比センサの検出値があらかじめ与えられた目標空燃比に一致するように燃料噴射量を演算する演算手段を有し、演算した燃料噴射量に基づいて前記燃料噴射手段を制御する空燃比フィードバック制御手段、
前記内燃機関が始動を完了した状態にあるか否かを判定する始動完了判定手段、
前記内燃機関が前記始動完了後、通常状態に入ったか否かを判定する機関状態判定手段、
前記始動完了判定手段が通常状態に入ったと判定した後は、前記演算手段の出力範囲を任意の第２の出力範囲に制限し、前記始動完了判定手段が始動完了と判定したときから、前記機関状態判定手段が通常状態に入ったと判定するまでの間、前記演算手段の出力範囲を前記第２の出力範囲の１０〜５０％の範囲となる第１の出力範囲に制限する上下限クリップ設定手段を備えたことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
前記空燃比センサが検出した空燃比と前記目標空燃比との差があらかじめ定めた偏差範囲内に制御されているか否かを判定する空燃比制御状態判定手段を備え、前記機関状態判定手段は、前記空燃比制御状態判定手段が前記空燃比と前記目標空燃比との差が所定の偏差範囲内で制御されていると判定したとき前記内燃機関が通常状態に入ったと判定することを特徴とする請求項１又は３に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
前記始動完了判定手段が始動完了と判定したとき起動するタイマを備え、前記機関状態判定手段は、前記タイマがあらかじめ定めた所定の時間を超えたとき前記内燃機関が通常状態に入ったと判定することを特徴とする請求項１又は３に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
前記内燃機関のアクセル開度を検出するアクセル開度検出手段を備え、前記機関状態判定手段は、前記始動完了判定手段が始動完了と判定した後、前記アクセル開度があらかじめ定めた所定の開度を超えたとき前記内燃機関が通常状態に入ったと判定することを特徴とする請求項１又は３に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
前記空燃比制御状態判定手段は、所定の時間間隔で繰り返し前記空燃比センサの検出値を読み込んで、前記目標空燃比との偏差があらかじめ定めた範囲内である状態が連続して所定の回数検出されたとき、前記空燃比が前記目標空燃比にあらかじめ定めた偏差範囲内で制御されていると判定することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
前記内燃機関の冷却水の水温を計測する水温センサ、
前記タイマの前記所定の時間を前記水温センサの計測水温に基づいて制御するタイマ時間調整手段を備えたことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
前記演算手段は目標空燃比と実空燃比との差を積分する積分演算回路を有し、前記上下限クリップ設定手段は前記積分演算回路の出力を制限するものであることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の空燃比制御装置。