JP4815407B2 - 内燃機関の運転制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の状態を検出する機関状態検出手段と、混合気形成手段から供給される燃料量を機関状態検出手段により検出された機関状態に基づいて設定する空燃比制御手段とを備える内燃機関の運転制御装置に関する。

内燃機関に関し、車両に搭載されるものを含めて、燃費の改善およびエミッション性能の向上の要求が一層高まっている状況下で、そのような要求を満たした内燃機関の普及を図るために、コストの削減も重要である。
例えば、内燃機関の運転制御装置が、スロットル弁の開度を検出するスロットル弁開度センサと、クランク軸が所定クランク角を回転するのに要した時間を検出する時間検出手段と、混合気形成手段である燃料噴射弁から供給される燃料量を設定する空燃比制御手段とを備え、該空燃比制御手段が、スロットル弁の開度に基づいて燃料量を設定する制御と、時間検出手段により検出された時間から算出された吸入空気量に基づいて燃料量を設定する制御とを、内燃機関の運転域に応じて切り換えて行うものが知られている（例えば特許文献１参照）。この運転制御装置によれば、燃料供給量を設定するために、時間検出手段により検出された時間から吸入空気量が算出されるので、エアフローメータや吸気圧センサが不要になって、運転制御装置のコストが削減される。
また、燃費の改善およびエミッション性能の向上を図るために、混合気形成手段から供給される燃料供給量の基本量を内燃機関の状態を検出する機関状態検出手段により検出された機関状態に基づいて設定すると共に、排気ガスの成分から空燃比を検出する空燃比センサ（例えば酸素濃度センサ）により検出された空燃比に基づいて該基本量を補正して燃料量を設定する内燃機関の運転制御装置はよく知られている。
特開２００４−１０８２８９号公報

内燃機関において、空燃比制御を含む運転制御が、機関状態を検出する機関状態検出手段に基づいて制御される場合、該検出手段が機関状態を正しく検出していることが前提になる。
ところが、排気ガスの成分を検出する空燃比センサは、活性状態となる温度以上でなければ、正常な信号を発生しない。そして、内燃機関が冷機状態、すなわち暖機完了前の状態にあるときなどには、空燃比センサが活性状態になっていないことがあるため、空燃比センサに基づく空燃比制御が停止され、その間は、高精度の空燃比制御を行うことが困難になる。例えば、スロットル弁開度に基づいて空燃比制御が行われる場合、アイドル運転時および低負荷運転時などのスロットル弁の低開度時は、吸入空気量の変化量が大きい運転時であるために、空燃比制御の精度を高めるのは容易ではない。
そこで、空燃比センサが活性化するまでの時間を短くするためには、空燃比センサをヒータで加熱すればよいが、該ヒータを設けるために、コストが増加する。
同様に、空燃比センサを含む機関状態検出手段が異常状態にあるときや故障したときにも、精度の高い運転制御は困難になる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、請求項１〜３記載の発明は、内燃機関の運転制御装置のコスト削減を図りながら、混合気形成手段から供給される燃料量を設定するために必要な機関状態検出手段が機関状態を正常に検出できない場合でも、精度の高い空燃比制御による運転制御を可能とする運転制御装置を提供することを目的とする。そして、請求項２記載の発明は、さらに、空燃比制御手段による暖機完了前の特定時制御から空燃比センサによる通常時制御への切換時期の精度を向上させることを目的とする。

請求項１記載の発明は、内燃機関の状態を検出する機関状態検出手段と、吸入空気に燃料を供給する混合気形成手段と、前記混合気形成手段により供給される燃料量を設定する空燃比制御手段とを備える内燃機関の運転制御装置において、前記機関状態検出手段は、前記内燃機関のスロットル弁の開度を検出するスロットル弁開度センサと、前記内燃機関の排気ガスの成分から空燃比を検出する空燃比センサと、前記内燃機関のクランク軸の角速度の変動量を検出する変動量検出手段と、前記内燃機関の暖機状態を検出する暖機状態検出手段とを備え、前記空燃比制御手段は、前記スロットル弁開度センサにより検出された前記開度に基づいて前記燃料量の基本量を設定すると共に前記基本量を前記空燃比センサにより検出された前記空燃比に基づいて補正して前記燃料量を設定する通常時制御と、前記変動量検出手段により検出された前記変動量に基づいて前記燃料量を設定する特定時制御とを行い、前記空燃比制御手段は、前記暖機状態検出手段により前記内燃機関の暖機が完了前であることが検出されたとき前記特定時制御を行い、前記暖機状態検出手段により前記内燃機関の暖機が完了したことが検出されたとき、前記通常時制御を行う内燃機関の運転制御装置である。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の内燃機関の運転制御装置において、前記暖機状態検出手段は、前記空燃比センサの検出信号に基づいて前記暖機状態を検出し、前記空燃比センサがエンジンの暖気が終了して検出素子が所定温度に達して、空燃比を正確に反映できる状態になったときに前記内燃機関の暖機完了を検出するものである。

請求項１記載の発明によれば、空燃比制御手段は、混合気形成手段から供給される燃料量を、内燃機関の暖機完了後には、スロットル弁の開度に基づいて設定された基本量が空燃比センサの検出信号により補正される通常時制御により設定するので、空燃比センサによる精度の高い空燃比制御による運転制御が行われて、エミッション性能が向上し、または燃費が改善される。また、空燃比制御手段は、混合気形成手段から供給される燃料量を、内燃機関の暖機完了前には、空燃比センサが活性状態にない可能性があるため、該空燃比センサによる空燃比制御を行うことなく、吸入空気量と等価であるクランク軸の角速度の変動量に基づいて設定する。この結果、空燃比センサにより機関状態としての空燃比を正常に検出できない場合でも、燃料量を設定するために必要な吸入空気量を検出するエアフローメータや吸気圧センサが不要であるので、運転制御装置のコストが削減されると共に、内燃機関の暖機完了前にも吸入空気量に応じた高い精度の空燃比制御を行うことができて、エミッション性能の向上および燃費の改善に寄与する。
請求項２記載の事項によれば、暖機状態検出手段は、空燃比センサの検出信号に基づいて、空燃比センサが活性状態になったときに暖機完了を検出するので、暖機完了前の特定時制御から、暖機完了後の空燃比センサの検出信号に基づいて燃料量が設定される通常時制御への切換時期の精度が高められて、空燃比センサに基づく空燃比制御によるエミッション性能または燃費改善の向上が可能になる。

以下、本発明の実施形態を図１〜図５を参照して説明する。
図１を参照すると、本発明が適用された運転制御装置（以下、単に「運転制御装置」という。）を備える内燃機関Ｅは、単気筒４ストローク内燃機関であり、機械としての車両、例えば自動二輪車または鞍乗り型車両に搭載される。
内燃機関Ｅは、ピストン３が往復動可能に嵌合するシリンダブロック１および該シリンダブロック１に結合されるシリンダヘッド２を有する機関本体と、吸入空気を機関本体においてピストン３とシリンダヘッド２との間に形成された燃焼室４に導く吸気通路５ａを形成する吸気装置５と、吸入空気に燃料を供給して混合気を形成する混合気形成手段としての燃料噴射弁20を備える運転制御装置と、燃焼室４内で混合気が点火栓21ａにより点火されて燃焼して発生した燃焼ガスを排気ガスとして内燃機関Ｅの外部に導く排気通路６ａを形成する排気装置６とを備える。

燃焼室４内での混合気の燃焼により発生する燃焼ガスの圧力で駆動されるピストン３は、機関本体に回転可能に支持されるクランク軸７を回転駆動する。内燃機関Ｅが発生する動力は、クランク軸７に連結された変速機を含む動力伝達装置を介して駆動輪に伝達される。

吸気装置５は、内燃機関Ｅの外部から吸入した空気を清浄にするエアクリーナ10と、吸気通路５ａ内に配置されてエアクリーナ10を通過した吸入空気の流量を制御するスロットル弁11と、シリンダヘッド２に接続されると共にスロットル弁11により制御された吸入空気量の吸入空気を燃焼室４に導く吸気管12とを備える。吸気管12を流れた吸入空気は、シリンダヘッド２に設けられた吸気ポート２ｉを動弁装置23により駆動されて開閉する吸気弁13の開弁時に、該吸気ポート２ｉを経て燃焼室４に流入する。

排気装置６は、シリンダヘッド２に接続される排気管15と、排気管15に設けられる排気浄化装置としての触媒装置である三元触媒装置16とを備える。ピストン３を駆動した後の燃焼室４内の燃焼ガスは、排気ガスとして、シリンダヘッド２に設けられた排気ポート２ｅを動弁装置23により駆動されて開閉する排気弁14の開弁時に、該排気ポート２ｅを経て排気管15に流入する。

内燃機関Ｅの運転状態を制御する運転制御装置は、吸気管12に取り付けられた燃料噴射弁20のほかに、点火栓21ａを備える点火装置21と、排気ガスの一部を吸気通路５ａに還流させる排気ガス還流装置22と、クランク軸７に同期して回転駆動されて吸気弁13および排気弁14を開閉するカム軸を備える動弁装置23と、内燃機関Ｅの状態を検出する機関状態検出手段（以下、単に「機関状態検出手段」という。）と、機関状態検出手段により検出される機関状態に応じて燃料噴射弁20、点火装置21、排気ガス還流装置22および動弁装置23をそれぞれ制御する制御手段40〜43を備える電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という。）24とを備える。

ＥＣＵ24は、入出力インターフェース、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、各種の制御プログラムおよび各種のマップＭｂ，Ｍｏ，Ｍｓ，Ｍｉ，Ｍｅ，Ｍｖなどが記憶されたＲＯＭおよび各種のデータなどが一時的に記憶されるＲＡＭを有する記憶装置24ａを備えるコンピュータから構成される。
動弁装置23は、機関弁である吸気弁13および排気弁14の弁作動特性である弁リフト量および開閉時期の少なくとも一方を機関状態に応じて変更可能とする弁特性可変機構23ａを備える可変動弁装置である。

機関状態検出手段は、クランク軸７の回転位置（以下、「クランク位置」という。）を検出する回転角センサとしてのクランク角センサ25と、内燃機関Ｅの機関回転速度Ｎｅを検出する回転速度検出手段31と、クランク軸７の角速度ω（図２参照）の変動量Δωを検出する変動量検出手段32と、スロットル弁11の開度αを検出するスロットル弁開度センサ26と、排気ガスの成分としての酸素から空燃比を検出する空燃比センサとしての酸素濃度センサであるＯ_２センサ27と、内燃機関Ｅの暖機状態を検出する暖機状態検出手段33と、スロットル弁開度センサ26およびＯ_２センサ27の異常を検出する異常検出手段34と、内燃機関Ｅの冷却水や潤滑油の温度などの機関温度を検出する機関温度センサや、内燃機関Ｅの始動時、加速時および減速時をそれぞれ検出する検出手段等とを備える。

図２を併せて参照すると、クランク角センサ25は、クランク軸７に一体に設けられたロータ８に設けられる被検出部としてのリラクタ25ａと、機関本体に設けられた検出部としてのピックアップ25ｂとから構成され、その検出信号がＥＣＵ24に入力される。リラクタ25ａは、ピストン３の上死点前のクランク位置に、所定のクランク角度θの範囲に設けられる。ピックアップ25ｂは、クランク軸７の回転方向Ｒでリラクタ25ａの先端および後端をそれぞれ検出したときに立上がりパルスおよび立下がりパルスを出力する（図２参照）。
したがって、前記両パルス間でのクランク軸７の平均角速度ωａは、次式からＥＣＵ24により算出される。
ωａ＝θ／τ
ここで、τは、両パルス間の時間である。

図１を参照すると、機関回転速度Ｎｅは、クランク軸７が１回転するときの平均角速度であり、クランク角センサ25の検出信号に基づいてＥＣＵ24により算出される。
また、クランク軸７の角速度ωの変動量Δωも、クランク角センサ25の検出信号に基づいてＥＣＵ24により算出される。具体的には、変動量Δωは、クランク角センサ25により検出されるクランク軸７の特定のクランク位置での角速度ωと機関回転速度Ｎｅとの差として、次式により算出される。
Δω＝ωａ−Ｎｅ
このように、機関状態検出手段の一部である回転速度検出手段31および変動量検出手段32、さらに、後で詳述する暖機状態検出手段33および異常検出手段34は、それぞれＥＣＵ24の機能として、該ＥＣＵ24に備えられる。

図２を参照すると、クランク軸７の角速度ωは、内燃機関Ｅの１サイクルを構成する吸気行程、圧縮行程、燃焼・膨張行程および排気行程の４つの行程の各行程で変動する。具体的には、吸気行程では、吸入抵抗などのポンプ仕事が発生することで角速度ωが減少する。圧縮行程では、燃焼室４内の圧力上昇による圧縮抵抗が発生することで角速度ωが大きく減少する。燃焼・膨張行程では、燃焼によるエネルギが発生して燃焼室４内の圧力が上昇することで角速度ωが大きく増加する。排気行程では、燃焼が終了して角速度ωがピークに達した後に摩擦抵抗および排気による排気ガスの排出抵抗が発生することで角速度ωが減少する。

また、機関回転速度Ｎｅ（図２に二点鎖線で示される。）が同一の場合、低吸入空気量または低トルクのときの角速度ωは、図２に実線で示されるように変化し、高吸入空気量または高トルクのときの角速度ωは、図２に破線で示されるように変化することから、吸入空気量が多いほど、または内燃機関Ｅが発生するトルクが大きいほど、角速度ωが大きく変動する。

そして、図３に示されるように、機関回転速度Ｎｅが一定の場合において、角速度ωの変動量Δωと吸入空気量との間には線形的な強い相関があることから、機関回転速度Ｎｅ毎に、変動量Δωに基づいて吸入空気量を推定することができる。この変動量Δωは、機関回転速度Ｎｅなどの検出に使用されるクランク角センサ25を利用して検出することができるので、エアフローメータや吸気圧センサを使用することなく、吸入空気量の検出が可能になる。

変動量検出手段32により検出されるクランク軸７の特定のクランク位置での変動量Δωは、クランク角センサ25のリラクタ25ａの位置に依存し、この実施形態では、ピストン３の上死点前のクランク位置であり、しかも吸気行程、圧縮行程、燃焼・膨張行程および排気行程の４行程のうちの特定行程としての圧縮行程での角速度ωの変動量Δωとされる。このように、変動量検出手段32が圧縮上死点前での変動量Δωを検出することにより、他のクランク位置に比べて変動量Δωが大きいクランク位置での変動量Δωが検出されるので、より正確な変動量Δωを検出することができる。なお、クランク角センサ25に基づいて算出される平均角速度ωａは、排気上死点のものよりも圧縮上死点のほうが小さいことで、圧縮上死点前の平均角速度ωａが特定される。

図１，図４を参照すると、Ｏ_２センサ27は、ジルコニアを主体とする固体電解質基材で構成される検出素子27ａを有し、排気ガス中の酸素濃度を検出することにより、理論空燃比を境に、空燃比が理論空燃比よりも小さい場合にリッチ信号を、空燃比が理論空燃比よりも大きい場合にリーン信号を、それぞれオンオフ的に出力し、これら検出信号ＳｏがＥＣＵ24に入力される。

Ｏ_２センサ27は、検出素子27ａが低温状態では不活性状態にあって、酸素濃度を正確に反映した検出信号Ｓｏを発生せず、正常に動作しない。そのため、検出素子27ａが所定温度以上になる活性状態において出力された検出信号Ｓｏに基づいて燃料噴射弁20から噴射される燃料量Ｑが制御される。このＯ_２センサ27には、検出素子27ａを加熱して活性状態になるまでの時間を短縮するためのヒータが設けられておらず、その分、コストが削減される。

図４に示されるように、内燃機関Ｅが冷機状態、すなわち暖機が完了前の状態にある運転時などで、Ｏ_２センサ27が不活性状態にあるときは、リッチ信号およびリーン信号の振れ幅が小さく、正確な空燃比を検出できない。そして、内燃機関Ｅの暖機が進んで、検出素子27ａの温度が上昇するにつれてリッチ信号およびリーン信号間の振幅が大きくなり、内燃機関Ｅの暖機が完了した時点では、検出素子27ａが所定温度に達して、空燃比を正確に反映したリッチ信号およびリーン信号がそれぞれほぼ一定値となる出力を発生する。

このため、Ｏ_２センサ27が出力する検出信号Ｓｏを利用して、内燃機関Ｅの暖機状態を検出することができる。具体的には、ＥＣＵ24は、検出信号Ｓｏに基づいて、該検出信号Ｓｏと記憶装置24ａに記憶されている基準値とを比較して、検出信号Ｓｏが所定の範囲内になったとき、例えば、リッチ信号がリッチ側所定値Ｓｏ_Ｈ以上であり、かつリーン信号がリッチ側所定値Ｓｏ_Ｈよりも小さいリーン側所定値Ｓｏ_Ｌ以下であるときに、Ｏ_２センサ27が活性状態であり、内燃機関Ｅの暖機が完了したと判断し、検出信号Ｓｏが前記所定範囲外のとき、Ｏ_２センサ27が不活性状態であり、内燃機関Ｅの暖機が完了前である判断する。そして、ＥＣＵ24がこのような暖機状態を判断する機能が、内燃機関Ｅの暖機状態を検出する暖機状態検出手段33を構成する。

図１を参照すると、ＥＣＵ24は、スロットル弁開度センサ26の検出信号Ｓｔに基づいて、該検出信号Ｓｔが正常な範囲内にない状態が所定時間以上継続しているときや、検出信号Ｓｔが前記正常範囲内にあるものの、アクセル操作量または機関回転速度Ｎｅなどのスロットル弁11の開度α以外の機関状態から開度αが変化していることが明らかである場合にも一定の検出信号Ｓｔが所定時間以上継続しているときなどに、スロットル弁開度センサ26が故障または異常であると判断する。
同様に、ＥＣＵ24は、Ｏ_２センサ27の検出信号Ｓｏに基づいて、検出信号Ｓｏが正常な範囲内にない状態が所定時間以上継続しているときや、内燃機関Ｅの冷却水や潤滑油の温度などの機関温度や運転時間から判断して内燃機関Ｅの暖機が完了していることが明らかである場合にも一定の検出信号Ｓｏが所定時間以上継続しているときなどに、Ｏ_２センサ27が故障または異常であると判断する。そして、ＥＣＵ24がスロットル弁開度センサ26およびＯ_２センサ27が故障または異常であると判断する機能が、スロットル弁開度センサ26およびＯ_２センサ27が異常であることを検出する異常検出手段34を構成する。

空燃比制御手段40は、スロットル弁開度センサ26、回転速度検出手段31、Ｏ_２センサ27、変動量検出手段32、暖機状態検出手段33および異常検出手段34によりそれぞれ検出される開度α、機関回転速度Ｎｅ、空燃比を示す検出信号Ｓｏ、内燃機関Ｅの暖機状態、変動量Δω、および、スロットル弁開度センサ26およびＯ_２センサ27のそれぞれの異常・正常に応じて、燃料噴射弁20から吸入空気に噴射される燃料量Ｑ（例えば、燃料噴射時間）を設定する。

そして、燃料量Ｑの設定に使用される制御マップは記憶装置24ａに記憶されている。この制御マップは、開度αおよび機関回転速度Ｎｅを変数として燃料量Ｑの基本量Ｑｂが定められている基本量マップＭｂと、Ｏ_２センサ27の検出信号Ｓｏを変数として基本量Ｑｂを補正するための補正係数または補正量が定められている補正用マップＭｏと、変動量Δωおよび機関回転速度Ｎｅを変数として特定時燃料量Ｑｓが定められている特定時燃料マップＭｓと、いずれも後述する点火マップＭｉ、排気還流マップＭｅおよび動弁マップＭｖとから構成される。

図５を参照して、空燃比制御手段40により、所定時間毎に実行される燃料量Ｑの制御について説明する。
ステップＳ１で、異常検出手段34の検出信号Ｓａ（図１参照）に基づいてスロットル弁開度センサ26またはＯ_２センサ27が異常であるか否かが判断され、この判断が否定されてスロットル弁開度センサ26およびＯ_２センサ27がいずれも正常であるとき、ステップＳ２に進んで、暖機状態検出手段33の検出信号Ｓｗ（図１参照）に基づいてＯ_２センサ27が活性状態にある（すなわち内燃機関Ｅの暖機が完了した）か否かが判断される。ステップＳ２の判断が肯定されるとき、ステップＳ３に進んで、スロットル弁開度センサ26により検出されたスロットル弁11の開度αおよび回転速度検出手段31により検出された機関回転速度Ｎｅに基づいて基本量マップＭｂが検索されて、燃料噴射弁20から噴射される燃料量Ｑのうち、開度αおよび機関回転速度Ｎｅに応じた基本量Ｑｂが設定される。次いで、ステップＳ４で、Ｏ_２センサ27の検出信号Ｓｏに基づいて補正用マップＭｏが検索されて、該検出信号Ｓｏに応じて基本量Ｑｂが補正されて、燃料量Ｑが設定される。次いで、ステップＳ５では、燃料量Ｑを噴射するための駆動信号が燃料噴射弁20に出力されて、燃料噴射弁20が燃料量Ｑの燃料を吸入空気に噴射する。

このように、異常検出手段34によりスロットル弁開度センサ26およびＯ_２センサ27が異常であることが検出されず、かつＯ_２センサ27が活性状態にあるとき、内燃機関Ｅは通常の機関状態で運転されている。この通常運転時には、ステップＳ３，Ｓ４の処理が実行されて、空燃比制御手段40は、活性状態のＯ_２センサ27からの検出信号Ｓｏであるリッチ信号およびリーン信号に基づいて、目標空燃比としての理論空燃比の混合気が形成されるように空燃比を制御するためのフィードバック制御である通常時制御を行う。

また、ステップＳ１で、異常検出手段34の検出信号Ｓａに基づいてスロットル弁開度センサ26またはＯ_２センサ27が異常であることが検出されて、ステップＳ１の判断が肯定されるとき、および、ステップＳ２で、暖機状態検出手段33の検出信号Ｓｗに基づいてＯ_２センサ27が活性状態になく、したがって内燃機関Ｅが暖機完了前の状態にあって、ステップＳ２での判断が否定されるとき、内燃機関Ｅは、特定の機関状態で運転されている。そして、この特定運転時には、ステップＳ６に進んで、変動量検出手段32により検出された変動量Δωおよび回転速度検出手段31により検出された機関回転速度Ｎｅに基づいて特定時燃料マップＭｓが検索されて、変動量Δωおよび機関回転速度Ｎｅに応じた特定時燃料量Ｑｓが設定される。そして、ここでは、特定時燃料量Ｑｓが燃料量Ｑとされて、ステップＳ５において、燃料量Ｑを噴射するための駆動信号が燃料噴射弁20に出力されて、燃料噴射弁20が燃料量Ｑの燃料を吸入空気に噴射する。

このように、異常検出手段34によりスロットル弁開度センサ26またはＯ_２センサ27が異常であるとき、または、Ｏ_２センサ27が活性状態にないとき、ステップＳ６の処理が実行されて、空燃比制御手段40は、Ｏ_２センサ27からの検出信号Ｓｏとは無関係に空燃比を制御するためのオープンループ制御である特定時制御を行う。したがって、この特定制御時には、Ｏ_２センサ27の検出信号Ｓｏに基づく燃料量Ｑの補正は行われない。

なお、前記通常時制御において、基本量Ｑｂに対する補正として、Ｏ_２センサ27の検出信号Ｓｏによる補正のほかに、冷却水や潤滑油の温度などの機関温度に基づく補正や、始動時、加速時または減速時の補正が行われてもよい。同様に、前記特定時制御において、特定時燃料量Ｑｓに対する補正として、機関温度に基づく補正や、始動時、加速時または減速時の補正が行われてもよい。

図１を参照すると、点火制御手段41は、クランク角センサ25により検出されるクランク位置を基準とし、変動量Δωおよび機関回転速度Ｎｅを変数として点火時期が定められた点火マップＭｉに基づいて点火時期を制御する。排気ガス還流制御手段42は、変動量Δωおよび機関回転速度Ｎｅを変数として還流制御弁22ａの開度が定められた排気還流マップＭｅに基づいて還流制御弁22ａを制御して、排気ガス還流量を制御する。また、動弁制御手段43は、変動量Δωおよび機関回転速度Ｎｅを変数として弁リフト量または開閉時期に対応させて弁特性可変機構23ａのアクチュエータの作動位置が定められた動弁マップＭｖに基づいて該アクチュエータを制御する。
これにより、内燃機関Ｅがエアフローセンサおよび吸気圧センサを備えることなく、吸入空気量に応じた点火時期、排気ガス還流量および弁作動特性による内燃機関Ｅの運転制御が行われる。

次に、前述のように構成された実施形態の作用および効果について説明する。
空燃比制御手段40は、暖機状態検出手段33により内燃機関Ｅの暖機が完了したことが検出されたとき、および、異常検出手段34によりスロットル弁開度センサ26およびＯ_２センサ27が異常であることが検出されないときに、スロットル弁開度センサ26により検出されたスロットル弁11の開度αおよび回転速度検出手段31により検出された機関回転速度Ｎｅに基づいて燃料量Ｑの基本量Ｑｂを設定すると共に基本量ＱｂをＯ_２センサ27により検出された空燃比を示す検出信号Ｓｏに基づいて補正して燃料量Ｑを設定する通常時制御を行い、暖機状態検出手段33により内燃機関Ｅの暖機が完了前であることが検出されたとき、および、異常検出手段34によりスロットル弁開度センサ26またはＯ_２センサ27が異常であることが検出されたときに、変動量検出手段32により検出された変動量Δωおよび機関回転速度Ｎｅに基づいて特定時燃料量Ｑｓを設定する特定時制御を行う。
これにより、空燃比制御手段40は、燃料噴射弁20から供給される燃料量Ｑを、暖機完了後には、基本量ＱｂがＯ_２センサ27の検出信号Ｓｏにより補正されるフィードバック制御である通常時制御により設定するので、Ｏ_２センサ27による精度の高い空燃比制御による運転制御が行われて、エミッション性能が向上し、または燃費が改善される。
また、空燃比制御手段40は、暖機完了前にはＯ_２センサ27が活性状態にない可能性があるため、該Ｏ_２センサ27による空燃比制御を行うことなく、および、スロットル弁開度センサ26またはＯ_２センサ27が異常であるときには前記通常時制御による空燃比制御を行うことができないので、燃料量Ｑを吸入空気量と等価である変動量Δωに基づいて設定する。この結果、Ｏ_２センサ27により機関状態としての空燃比を正常に検出できない場合、および、スロットル弁開度センサ26およびＯ_２センサ27により機関状態としての開度αおよび空燃比をそれぞれ正常に検出できない場合でも、燃料量Ｑを設定するために必要な吸入空気量を検出するエアフローメータや吸気圧センサが不要であるので、運転制御装置のコストが削減されると共に、内燃機関Ｅの暖機が完了する前、および、スロットル弁開度センサ26またはＯ_２センサ27が異常であるときにも、吸入空気量に応じた高い精度の空燃比制御を行うことができて、エミッション性能の向上および燃費の改善に寄与する。

暖機状態検出手段33は、Ｏ_２センサ27の検出信号Ｓｏに基づいて暖機状態を検出し、Ｏ_２センサ27が活性状態になったときに内燃機関Ｅの暖機完了を検出することにより、暖機状態検出手段33は、検出信号Ｓｏに基づいて、Ｏ_２センサ27が活性状態になったときに暖機完了を検出するので、暖機完了前の前記特定時制御から、暖機完了後の検出信号Ｓｏに基づいて燃料量Ｑが設定される前記通常時制御への切換時期の精度が高められて、Ｏ_２センサ27に基づく空燃比制御によるエミッション性能または燃費改善の向上が可能になる。

さらに、特定時燃料量Ｑｓ、点火時期、排気ガス還流量および弁作動特性の制御が、変動量Δωおよび機関回転速度Ｎｅを変数とするマップＭｓ，Ｍｉ，Ｍｅ，Ｍｖをそれぞれ検索することにより設定されるので、各制御手段40〜43による制御量の設定が容易になる。

以下、前述した実施形態の一部の構成を変更した実施形態について、変更した構成に関して説明する。
クランク軸７の角速度ωの変動量Δωは、前記実施形態ではクランク軸７の角速度ωを直接検出した検出値に基づくものであったが、クランク軸７と同期して回転する回転軸（例えば、動弁装置23のカム軸または内燃機関Ｅの補機の駆動軸）の角速度ωを検出することにより、クランク軸７の角速度ωを間接的に検出した検出値に基づくものであってもよい。
酸素濃度センサは、排気ガス中の酸素濃度（すなわち空燃比）をリニアに検出するＬＡＦセンサであってもよい。この場合、目標空燃比が希薄空燃比に設定されることにで、燃費の改善が可能になる。
変動量Δωは、１サイクルの圧縮行程以外の行程におけるものであってもよい。
内燃機関Ｅは、車両以外の機械に搭載されてもよい。

本発明が適用された内燃機関の運転制御装置の構成を示す図である。 図１の内燃機関の行程と、リラクタ、パルスおよびクランク軸の角速度との関係を示す図である。 図１の内燃機関において、機関回転速度をパラメータとして、角速度の変動量の絶対値と吸入空気との関係を示すグラフである。 図１の内燃機関の、暖機完了前の状態からの運転開始後のＯ_２センサの検出信号の変化を示すグラフである。 図１の運転制御装置の空燃比制御手段による制御手順を示すフローチャートである。

符号の説明

３…ピストン、７…クランク軸、11…スロットル弁、20…燃料噴射弁、24…ＥＣＵ、25…クランク角センサ、26…スロットル弁開度センサ、27…Ｏ_２センサ、31…回転速度検出手段、32…変動量検出手段、33…暖機状態検出手段、34…異常検出手段、40…空燃比制御手段、41…点火制御手段、42…排気還流制御手段、43…動弁制御手段、
Ｅ…内燃機関、Ｎｅ…機関回転速度、Δω…変動量、α…開度、Ｓａ，Ｓｏ，Ｓｔ，Ｓｗ…検出信号。

Claims (2)

1. 内燃機関の状態を検出する機関状態検出手段と、吸入空気に燃料を供給する混合気形成手段と、前記混合気形成手段により供給される燃料量を設定する空燃比制御手段とを備える内燃機関の運転制御装置において、
   前記機関状態検出手段は、前記内燃機関のスロットル弁の開度を検出するスロットル弁開度センサと、前記内燃機関の排気ガスの成分から空燃比を検出する空燃比センサと、前記内燃機関のクランク軸の角速度の変動量を検出する変動量検出手段と、前記内燃機関の暖機状態を検出する暖機状態検出手段とを備え、
   前記空燃比制御手段は、前記スロットル弁開度センサにより検出された前記開度に基づいて前記燃料量の基本量を設定すると共に前記基本量を前記空燃比センサにより検出された前記空燃比に基づいて補正して前記燃料量を設定する通常時制御と、前記変動量検出手段により検出された前記変動量に基づいて前記燃料量を設定する特定時制御とを行い、
   前記空燃比制御手段は、前記暖機状態検出手段により前記内燃機関の暖機が完了前であることが検出されたとき前記特定時制御を行い、前記暖機状態検出手段により前記内燃機関の暖機が完了したことが検出されたとき、前記通常時制御を行うことを特徴とする内燃機関の運転制御装置。
2. 前記暖機状態検出手段は、前記空燃比センサの検出信号に基づいて前記暖機状態を検出し、前記空燃比センサがエンジンの暖気が終了して検出素子が所定温度に達して、空燃比を正確に反映できる状態になったときに前記内燃機関の暖機完了を検出することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の運転制御装置。

Images