JP4522339B2 - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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 (9)
- 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。
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