JP4840244B2

JP4840244B2 - 空燃比制御装置及びエンジン制御システム

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Publication number: JP4840244B2
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Inventors: 京彦黒田
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Description

本発明は、吸入空気と供給燃料との反応に基づく燃料燃焼によるエネルギーを機械的な運動（例えば回転運動）へ変換するエンジンを始動する際に、同エンジンでの燃料燃焼に係る空気と燃料との比率である空燃比を制御する装置及びシステムに係り、詳しくは、対象エンジンの排気通路に設けられた排気浄化用の触媒を早期に活性化させるために用いて好適な空燃比制御装置及びエンジン制御システムに関する。

この種の空燃比制御装置としては従来、例えば特許文献１に記載されるような装置が知られている。この装置は、対象エンジン（内燃機関）の排気通路に設けられた排気浄化用の触媒を活性化させるものであり、同エンジン始動直後の所定期間において、対象エンジンでの燃料燃焼に係る空燃比、ひいては触媒周囲（特に排気上流側）のガス成分を制御することにより、触媒を加熱してその早期活性化を図るようにしている。詳しくは、対象エンジンでの燃料燃焼に係る空燃比、ひいては触媒周辺の排気中の空燃比が、理論空燃比よりもリッチ側の（燃料比率の高い）空燃比（リッチ空燃比）と、リーン側の（燃料比率の低い）空燃比（リーン空燃比）とを、一定の間隔で交互に繰り返すように、同エンジンでの燃料燃焼に係る燃料の供給量（燃料供給装置である噴射弁の噴射量に相当）を増減させる。この際、交互に繰り返されるリッチ空燃比及びリーン空燃比の目標値は、それぞれ吸入空気量に関連付けられたマップ、及び、定数として設定されるようになっている。

この装置で用いられている手法、すなわちリッチ側の空燃比とリーン側の空燃比とを交互に繰り返す制御手法は、ディザと称呼される技術であり、一般には、触媒を加熱するために用いられる。詳しくは、加熱対象とする触媒に対して、酸素（Ｏ2）と未燃燃料（ＨＣやＣＯ）との両方を供給することで、その触媒上で両者の発熱反応（酸化反応）を生じさせ、その反応熱により触媒を加熱する。このディザによれば、酸素過多のリッチ空燃比と燃料過多のリーン空燃比とを交互に繰り返すことで、酸素と未燃燃料との両方を排気通路へ供給することができる。
特開平５−１７１９７３号公報

しかしながら、エンジン始動時に問題となることは、上述した触媒の活性化に関するものだけではない。発明者は、特にドライバビリティ（運転性）に注目して実験等を行って、上述の特許文献１に記載の装置ではエンジン始動時に十分なドライバビリティを得ることが困難であることを確認した。すなわち、こうした装置では、ディザ実行に起因して、エンジンを始動する際にドライバビリティの悪化が懸念されるようになる。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、リッチ側の空燃比とリーン側の空燃比とを交互に繰り返しつつ、ドライバビリティ（運転性）についてもこれを良好に維持することのできる空燃比制御装置及びエンジン制御システムを提供することを主たる目的とするものである。

以下、上記課題を解決するための手段、及び、その作用効果について記載する。

第１の構成では、吸入空気と供給燃料との反応に基づく燃料燃焼によるエネルギーを機械的な運動（例えば回転運動）へ変換するエンジンを始動する際に、同エンジンでの燃料燃焼に係る空気量と燃料量との比率である空燃比を制御する装置（空燃比制御装置）であって、前記エンジン始動後の所定期間（固定値又は可変値）である始動運転期間（例えば始動初期の暖機中）においては、所定の基準空燃比（固定値又は可変値）よりもリッチ側の（燃料比率の高い）空燃比をその期間内の制御目標値とする第１期間と、同基準空燃比よりもリーン側の（燃料比率の低い）空燃比をその期間内の制御目標値とする第２期間とを、連続的に又は前記基準空燃比を介して、交互に繰り返しながら、それら第１期間及び第２期間を含む所定の期間についての平均空燃比を可変制御する空燃比制御手段を備えることを特徴とする。

前述したように、上記特許文献１に記載の装置では、ディザを行い、所定のリッチ空燃比と所定のリーン空燃比とを一定の間隔で交互に繰り返すことで、触媒を加熱している。しかしながら、良好なドライバビリティ（運転性）を得ようとすれば、エンジン始動からの経過時間によって最適な空燃比が異なる。この点について、発明者はディザ実行中の平均空燃比に注目して上記装置を発明した。すなわち、上記第１の構成の装置では、空燃比制御手段を備えることで、対象エンジンでの燃料燃焼に係る空燃比を制御する際に、リッチ側の空燃比とリーン側の空燃比とを交互に繰り返す制御（いわゆるディザ、ただし両者を連続させる場合に限られずこれら空燃比の間に基準空燃比を挟む場合も含む）を行いつつ、所定期間の平均空燃比を可変制御することが可能になり、ひいては時々の状況に応じて平均空燃比として最適な空燃比を設定することが可能になる。すなわち、リッチ側の空燃比とリーン側の空燃比とを交互に繰り返しつつ、ドライバビリティ（運転性）についてもこれを良好に維持することができるようになる。

具体的には、第２の構成のように、上記第１の構成の装置において、前記空燃比制御手段についてはこれを、前記始動運転期間（例えば始動初期に相当する期間）において、前記平均空燃比を、理論空燃比よりもリッチ側の所定の空燃比である開始空燃比から、該開始空燃比よりもリーン側の空燃比である目標空燃比へ、段階的に移行させるものとすることが有効である。

エンジン始動初期においては、エネルギー不足（例えばトルク不足）による失火が懸念される。このため、理論空燃比よりも少し余分に燃料を供給して早期にトルクを安定トルクまで引き上げることが望ましい。一方、トルクが安定してからは、燃料消費率、エミッション、あるいは触媒活性化等の面で優れる理論空燃比へ近づけることが望ましい。この点、上記第２の構成の装置では、前記空燃比制御手段により、リッチ空燃比に相当する開始空燃比により燃焼を行って安定トルクまで早期にトルクを引き上げるとともに、トルクが安定するに従って段階的に（徐々に）開始空燃比よりもリーン側の目標空燃比へ近づけることが可能になる。そしてこれにより、良好なドライバビリティ（運転性）が得られるようになる。

なお、第１期間及び第２期間は、例えば空燃比一定の期間であってもよく、あるいは空燃比の異なる複数種の期間の組み合わせからなる期間などであってもよい。また、これら第１期間及び第２期間の長さは、例えば噴射回数（１燃焼サイクル）によって設定することが有効である。

一方、始動運転期間は、エンジン始動からの経過時間、及び、エンジン本体温度（例えば冷却水温や油温等として検出）、の少なくとも１つに基づいて設定することが有効である。

また、対象エンジンでの燃料燃焼に係る空燃比を制御する場合には、供給燃料量（燃料噴射量）を制御することが有効である。

また、一般的な実用性を考えた場合には、第３の構成のように、上記第２の構成の装置において、前記目標空燃比が理論空燃比である構成とすることが有効である。前述したように理論空燃比は、燃料消費率やエミッション等に優れる空燃比であり、エンジン始動から定常運転への移行に際しては通常、この第３の構成の装置のように、リッチ空燃比から徐々に理論空燃比へ空燃比を移行させることで、良好なドライバビリティ（運転性）が得られるようになる。

ところで、上記第１〜３の構成のいずれか一つの装置は、例えば前記エンジンの燃焼行程後に排気の排出される排気通路に、排気を浄化するための触媒（例えば三元触媒）が設けられているシステムに適用して、空燃比変化に基づく触媒の劣化診断等といった任意の用途に用いることが可能である。ただし、より実用性の高い構成を考えた場合には、請求項４に記載の発明のように、前記空燃比制御手段が、その触媒の活性化を促すために空燃比を制御するものである構成が特に有効である。

そしてこの場合、第５の構成のように、前記空燃比制御手段についてはこれを、前記エンジン始動からの経過時間を示すパラメータ（例えば時間自体や、噴射回数、エンジン出力軸の回転速度等）と、前記触媒自体又はその触媒周辺の温度を示すパラメータ（例えば触媒床温やエンジン本体温度等）と、の少なくとも１つのパラメータの値に応じて、前記平均空燃比を可変制御するものとすることで、触媒活性化とドライバビリティ（運転性）との両立がより容易且つ的確に図られるようになる。

上記第１〜５の構成のいずれか一つの装置に関しては、第６の構成のように、前記空燃比制御手段を、前記平均空燃比の各異なる複数種の空燃比パターンを切り替えることによって、前記平均空燃比を可変とするものとすることが有効である。こうすることで、前記第１期間と前記第２期間とを交互に繰り返しながら平均空燃比の可変制御についてもこれを容易に行うことが可能になる。

具体的には、例えば第７の構成のように、前記複数種の空燃比パターンがそれぞれ、前記基準空燃比、及び、前記基準空燃比よりもリッチ側のリッチ側空燃比、及び、前記基準空燃比よりもリーン側のリーン側空燃比、を各期間内の制御目標値とする３種の単位期間の、２種以上による組み合わせで構成され、その組み合わせ方の相違によって互いに異なる平均空燃比となっているものである構成とすることが有効である。こうした構成であれば、リッチ側空燃比の単位期間とリーン側空燃比の単位期間との割合を変えるだけで、容易に平均空燃比の異なる複数種の空燃比パターン（ディザパターン）を実現することが可能になる。

さらにこの場合、第８の構成のように、前記複数種の空燃比パターンの中に、前記リッチ側空燃比、前記基準空燃比、前記リーン側空燃比の順に各空燃比による単位期間が連続する期間、及び、前記リーン側空燃比、前記基準空燃比、前記リッチ側空燃比の順に各空燃比による単位期間が連続する期間の少なくとも一方を有する空燃比パターンが含まれている構成とすることが有効である。このように、リッチ側空燃比の単位期間とリーン側空燃比の単位期間との間に基準空燃比の単位時間を挟むことで、トルクの急激な変動を緩和することが可能になり、ひいてはより良好なドライバビリティ（運転性）が得られるようになる。

第９の構成では、上記第７の構成又は第８の構成の装置において、前記空燃比制御手段が、エンジン始動からの経過時間を示すパラメータ（例えば時間自体や、噴射回数、エンジン出力軸の回転速度等）と、前記触媒自体又はその触媒周辺の温度を示すパラメータ（例えばエンジン本体温度等）と、の少なくとも１つのパラメータの値に応じて、前記空燃比パターンにおけるリッチ側空燃比又はリーン側空燃比の値を可変制御するものであることを特徴とする。こうした構成であれば、より高い精度でドライバビリティ（運転性）等に関する制御を行うことが可能になる。

第１０の構成では、上記第１〜５の構成のいずれか一つの装置において、前記空燃比制御手段が、所定の空燃比パターンに従って空燃比制御を行うとともに、該空燃比パターンの内容を変更することによって、前記平均空燃比を可変とするものであることを特徴とする。こうした構成でも、前記第１期間と前記第２期間とを交互に繰り返しながら平均空燃比の可変制御を容易に行うことが可能になる。

なお、上記第６〜１０の構成のいずれか一つの装置における前記空燃比パターンとしては、例えば所定の単位パターンが繰り返されてなるものを用いることが有効である。

また、それら各装置については、前記エンジン始動からの経過時間を示すパラメータと、前記触媒自体又はその触媒周辺の温度を示すパラメータと、のいずれかのパラメータの値に基づいて、前記空燃比パターンを可変設定する（パターンを切り替えたり内容を変更したりする）構成が有効である。こうすることで、より容易に良好なドライバビリティ（運転性）が得られるようになる。

第１１の構成では、上記第１〜１０の構成のいずれか一つの装置において、前記エンジンが、ただ１つのシリンダで前記燃料燃焼を行う単気筒エンジンであることを特徴とする。

複数のシリンダで燃料燃焼を行う多気筒エンジンでは一般に、１燃焼サイクル中に複数回の燃料燃焼（トルク生成）が行われる。このため、１つのシリンダで失火が生じても、他のシリンダで燃料燃焼を行ってトルクを生成することができれば、トルク不足を補うことができる。これに対し、ただ１つのシリンダで燃料燃焼を行う単気筒エンジンでは一般に、１燃焼サイクル中に１回の燃料燃焼（トルク生成）しか行われない。このため、唯一のシリンダで失火が生じてしまえば、次の燃焼行程までトルク不足を補うことができず、多気筒エンジンの場合よりもドライバビリティ（運転性）への影響が大きくなる。こうした点から、上記第１〜１０の構成は、対象エンジンが単気筒エンジンである場合に適用して特に有効である。

ところで、業種や用途等によっては、上記空燃比制御装置の単位ではなく、より大きな単位で、例えばこの装置をエンジン制御に用いる場合には、該空燃比制御装置だけでなく他の関連装置（例えばセンサやアクチュエータ等の制御に係る各種装置）も含んで構築されるエンジン制御システムとして扱われる場合がある。上記第１〜１１の構成のいずれか一つの装置も、用途の１つとして、エンジン制御システムに組み込んで用いられることが想定される。第１２の構成は、そうした用途に対応するものであり、すなわちエンジン制御システムとして、上記第１〜１１の構成のいずれか一つの空燃比制御装置と、該空燃比制御装置により駆動量を制御されて前記エンジンでの燃料燃焼に係る空気量及び燃料量の少なくとも一方を可変とするアクチュエータ（例えば燃料噴射弁や吸気絞り弁など）と、該アクチュエータの作動に基づいて、前記エンジンに関する所定の制御（例えばエンジン出力軸のトルク制御や回転速度制御など）を行うエンジン制御手段と、を備えることを特徴とする。上記第１〜１１の構成の装置は、このようにエンジン制御システムに組み込んで用いて特に有益である。

以下、本発明に係る空燃比制御装置及びエンジン制御システムを具体化した一実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態の装置も、先の特許文献１に記載の装置と同様、吸入空気と供給燃料との反応に基づく燃料燃焼によるエネルギーを機械的な運動（回転運動）へ変換するエンジンを始動する際に、同エンジンでの燃料燃焼に係る空気と燃料との比率である空燃比を制御する装置であり、詳しくは、対象エンジンの排気通路に設けられた排気浄化用の触媒を早期に活性化させるために用いられる。

はじめに、図１を参照して、本実施形態のエンジン制御システムの概略構成及びその動作について説明する。この図１は同システムの概要を示す構成図であり、図中の信号線は配線レイアウトに相当する。なお、このシステムの制御対象とするエンジン（図中のエンジン１０）としては、２輪自動車用の単気筒エンジンを想定している。このエンジン１０は、４ストロークのレシプロ式吸気ポート噴射エンジン（内燃機関）である。すなわちこのエンジン１０では、唯一のシリンダ２０について、吸入・圧縮・燃焼・排気の４行程による１燃焼サイクルが「７２０°ＣＡ」周期で逐次実行される。

同図１に示されるように、このシステムは、シリンダ２０内での燃焼を通じて生成したトルクにより出力軸であるクランク軸１０ａ（図示部分はクランク軸に装着されたパルサ歯車）を回転させるエンジン１０を制御対象として、該エンジン１０を制御するための各種センサ及びＥＣＵ（電子制御ユニット）５０等を有して構築されている。以下、制御対象のエンジン１０をはじめとするこのシステムを構成する各要素について詳述する。

ここで制御対象とされるエンジン１０は、火花点火式レシプロエンジンであり、基本的には、シリンダブロック２０ａとシリンダヘッド２０ｂとによりシリンダ（気筒）２０が形成されて構成されている。シリンダブロック２０ａには、冷却水がエンジン１０内を循環するための冷却水路（ウォータジャケット）２１ａと、同水路２１ａ内の冷却水の温度（冷却水温）を検出する水温センサ２１ｂと、が設けられており、その冷却水によりエンジン１０が冷却されている。また、シリンダ２０内には、ピストン２０ｃが収容され、そのピストン２０ｃの往復動により、エンジン１０の出力軸であるクランク軸１０ａが回転するようになっている。なお、クランク軸１０ａの外周側には、所定クランク角毎に（例えば３０°ＣＡ周期で）クランク角信号を出力するクランク角センサ１０ｂ（例えば電磁ピックアップ）が配設され、同クランク軸１０ａ（エンジン出力軸）の回転角度位置や回転速度（エンジン回転速度）等が検出可能とされている。

シリンダブロック２０ａ上端面に固定されるシリンダヘッド２０ｂと、シリンダ２０内のピストン２０ｃ冠面との間には、燃焼室２０ｄが形成されている。シリンダヘッド２０ｂには、燃焼室２０ｄに開口する吸気ポート（吸気口）と排気ポート（排気口）とが例えば１つのシリンダ２０に対して２つずつ（計４ポート）形成されている。そして、これら吸気ポート及び排気ポートが、それぞれ図示しないカム（詳しくはクランク軸１０ａと連動するカム軸に取り付けられたカム）によって駆動される吸気弁（吸気バルブ）２２ａと排気弁（排気バルブ）２２ｂとにより開閉されるようになっている。さらに、これら各ポートを通じてシリンダ２０内の燃焼室２０ｄと車外（外気）とを連通可能にすべく、吸気ポートには、シリンダ２０に外気（新気）を吸入するための吸気管１１が接続され、排気ポートには、シリンダ２０から燃焼ガス（排気）を排出するための排気管３１が接続されている。

エンジン１０の吸気系を構成する吸気管１１（吸気通路）の吸気管１１最上流部には、外気を浄化して取り込むためのエアクリーナ１２が設けられ、このエアクリーナ１２には、吸気温度を検出するための吸気温センサ１３が設けられている。さらに、このエアクリーナ１２の下流側には、ＤＣモータ等のアクチュエータによって電子的に開度調節される電子制御式のスロットル弁１４（吸気絞り弁）と、このスロットル弁１４の開度（スロットル弁開度）や動き（開度変動）を検出するためのスロットル開度センサ１４ａとが設けられている。また、スロットル弁１４の下流側には、吸気管圧力を検出するための吸気管圧力センサ１６が設けられている。

こうした吸気管１１には、吸気ポート近傍にて燃料を噴射供給する電磁駆動式（又はピエゾ駆動式等）のインジェクタ１７（燃料噴射弁）が取り付けられている。エンジン１０では、このインジェクタ１７により、吸気通路、特に吸気ポートに対して、燃料（ガソリン）が噴射供給（ポート噴射）されるようになっている。また、このインジェクタ１７は、燃料配管４３や燃料ポンプ４２を介して、燃料タンク４１に接続されている。すなわち、燃料ポンプ４２により汲み上げられた燃料タンク４１内の燃料が、燃料配管４３を通じてインジェクタ１７へ供給されるようになっている。そして、このインジェクタ１７により噴射された燃料（厳密には吸入空気との混合気）に対して点火を行うことでその燃料を燃焼させるようにしている。そのために、シリンダ２０のシリンダヘッド２０ｂには、点火コイル等からなる点火装置２５ａを備えた点火プラグ２５が取り付けられている。すなわち、このエンジン１０において点火を行う際には、ＥＣＵ５０により、上記点火プラグ２５に対して、所望の点火時期で高電圧が印加される。そして、この高電圧の印加により、各点火プラグ２５の対向電極間に火花放電が発生し、この発生した火花放電によって、燃焼室２０ｄ内に導入された混合気が着火し、吸気と燃料との反応に基づき燃料が燃焼する。

他方、エンジン１０の排気系を構成する排気管３１には、排出ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化するための三元触媒からなる触媒３２が設けられ、この触媒３２の上流側には、シリンダ２０から排出された排気を検出対象として混合気の空燃比を検出するための酸素濃度センサ３２ａ（例えばリニア検出式のＡ／Ｆセンサ）が設けられている。

こうしたシステムの中で、本実施形態の空燃比制御装置として機能するとともに、電子制御ユニットとして主体的にエンジン制御を行う部分がＥＣＵ５０である。このＥＣＵ５０（エンジン制御用ＥＣＵ）は、周知のマイクロコンピュータ（図示略）を備えて構成され、上記各種センサの検出信号に基づいてエンジン１０の運転状態やユーザの要求を把握し、それに応じて上記スロットル弁１４やインジェクタ１７等の各種アクチュエータを操作することにより、その時々の状況に応じた最適な態様で上記エンジン１０に係る各種の制御を行っている。例えばエンジン１０の定常運転時には、上記各センサの検出信号に基づいて、各種の燃焼条件（例えば点火時期や、燃料噴射量、吸入空気量、ひいては空燃比等）を算出するとともに、各種アクチュエータを操作することで、上記シリンダ２０内（燃焼室２０ｄ）での燃料燃焼を通じて生成される図示トルク（生成トルク）、ひいては実際に出力軸（クランク軸１０ａ）へ出力される軸トルク（出力トルク）を制御する。また、上記酸素濃度センサ３２ａのセンサ出力とその目標値とを比較しつつ、例えばシリンダ２０内での燃焼に供される燃料や空気を供給するインジェクタ１７の噴射時間やスロットル弁１４の開度などを可変制御することで、上記触媒３２周辺の排気中の空燃比を理論空燃比に近づける（望ましくは一致させる）制御、いわゆる空燃比フィードバック制御を実行する。基本的には、空燃比リーン（＞理論空燃比）の場合には燃料噴射量を増量制御する一方、空燃比リッチ（＜理論空燃比）の場合には燃料噴射量を減量制御することで、その空燃比が理論空燃比近傍の所定範囲内に維持されるようになっている。

また、このＥＣＵ５０に搭載されるマイクロコンピュータは、基本的には、各種の演算を行うＣＰＵ（基本処理装置）、その演算途中のデータや演算結果等を一時的に記憶するメインメモリとしてのＲＡＭ（Random Access Memory）、プログラムメモリとしてのＲＯＭ（読み出し専用記憶装置）、データ保存用メモリとしてのＥＥＰＲＯＭ（電気的に書換可能な不揮発性メモリ）やバックアップＲＡＭ（ＥＣＵの主電源停止後も車載バッテリ等のバックアップ電源により常時給電されているメモリ）、さらにはＡ／Ｄ変換器やクロック発生回路等の信号処理装置、外部との間で信号を入出力するための入出力ポート等といった各種の演算装置、記憶装置、信号処理装置、通信装置、及び電源回路等によって構成されている。そして、ＲＯＭには、当該空燃比制御に係るプログラムを含めたエンジン制御に係る各種のプログラムや制御マップ等が、またデータ保存用メモリ（例えばＥＥＰＲＯＭ）には、エンジン１０の設計データをはじめとする各種の制御データ等が、それぞれ予め格納されている。

ところで、本実施形態の装置も、前述した特許文献１に記載の装置と同様、エンジン１０始動直後の所定期間において、いわゆるディザを実行し、触媒３２周囲（特に排気上流側）のガス成分を制御することにより同触媒３２を加熱して、その早期活性化を図るものである。ただしこの装置では、単位期間あたりの平均空燃比を可変制御することにより、ディザ実行中のドライバビリティについてもこれを、良好に維持するようにしている。以下、図２〜図１０を参照して、エンジン１０始動直後の所定期間（詳しくは暖機中）に行われる燃料噴射制御に係る処理について説明する。なお、図２の処理において用いられる各種パラメータの値は、例えばＥＣＵ５０に搭載されたＲＡＭやＥＥＰＲＯＭ、あるいはバックアップＲＡＭ等の記憶装置に随時記憶され、必要に応じて随時更新される。そして、これら各図の一連の処理は、基本的には、ＥＣＵ５０でＲＯＭに記憶されたプログラムが実行されることにより、例えば１燃焼サイクルにつき１回の頻度で実行される。この燃料噴射制御により、触媒３２の早期活性化が図られるとともに、エンジン始動時のトルクも制御されることになる。本実施形態では、こうした制御（エンジン１０に関する所定の制御）を行う部分（詳しくはＥＣＵ５０に搭載されるプログラム）が「エンジン制御手段」に相当する。

同図２に示すように、この一連の処理においては、まずステップＳ１１，Ｓ１２で、所定のパラメータ、すなわちその時のエンジン回転速度（クランク角センサ１０ｂによる実測値）、及びその時の吸気管圧力（吸気管圧力センサ１６による実測値）を読み込む。

続くステップＳ１３では、エンジン１０が始動されたか否かを判断する。詳しくは、エンジン１０の始動は、イグニッションスイッチのオン／オフ動作に基づいて行われる。イグニッションスイッチは、点火スイッチと始動スイッチを兼ね、運転者のキー操作によりオン／オフ駆動されるものである。すなわち、運転者がイグニッションキーをキーシリンダに差し込んで回すと、１段目でステアリングロックが解除され、２段目でアクセサリー類、３段目で点火装置に電流が流れ、もう１段回すとスタータモータ（図示略）がクランク軸（エンジン１０の出力軸）を回転させ（クランキングし）、エンジン１０を始動する。「エンジンが始動された」とは、スタータモータの助力無しにエンジンが自力で運転する（出力軸を回転させる）ようになったことをいう。本実施形態では、このエンジンが始動されたか否かを、エンジン回転速度（クランク軸１０ａの回転速度）に基づいて判断するようにしている。図３に、この始動判定の一態様を示す。なお、同図３において、（ａ）はエンジン１０が始動されたか否か示す始動判定フラグの内容（「０（未始動）」か「１（始動）」か）の推移を、（ｂ）はエンジン回転速度の推移を、それぞれ示すタイミングチャートである。

同図３（ｂ）に示されるように、この例でのエンジン回転速度は、その大きな傾向として、まずスタータモータによるクランキングの開始に伴って上昇し始め、所定の回転速度（この例では「２０００rpm」）で極大点（ピーク）に到達して下降へ転じ、その後、所定の回転速度（この例では「１５００rpm」）で下降が止まり、安定する、といった傾向を示す。この安定状態は、いわゆるアイドリング状態である。本実施形態では、図２のステップＳ１３で、その時のエンジン回転速度と所定の閾値（この例では「１０００rpm」）とを比較して、その時のエンジン回転速度が十分大きい（例えば閾値以上である）場合には、同図３（ａ）に示すように、エンジン１０が始動されたとして、始動判定フラグに「ＯＮ」を設定する。他方、その時のエンジン回転速度が十分大きくない（例えば閾値未満である）場合には、同図３（ａ）に示すように、エンジン１０が始動されていないとして、始動判定フラグを「ＯＦＦ」状態のままにする。

図２の処理の説明に戻る。このステップＳ１３でエンジン１０が始動されていない旨判断された場合には、この一連の処理を終了するようにしている。そうすることで、エンジン１０が始動された旨判断された場合にのみ、ステップＳ１４以降の処理を実行するようにしている。

ステップＳ１４では、エンジン１０の暖機が完了したか否かを判断する。すなわち、上記エンジン１０の水冷式冷却装置では、エンジン１０から奪った熱で冷却水路（ウォータジャケット）２１ａ内の冷却水が温まると、その冷却水が、ラジエタ（図示略）へ送られるとともに、そのラジエタ内において、所定の冷却ファンからの通風により冷やされるようになっている。そして、その冷やされた冷却水が、再びエンジン１０に戻されることで、同エンジン１０の継続的な冷却が可能とされている。ただし、エンジン始動直後はシステム全体が冷えているので、速やかに水温を上昇させるべく、ラジエタを通さず、エンジン１０の冷却水路２１ａ内だけで、冷却水を循環させるようにしている。具体的には、水温が規定温度（例えば「８５℃」）以上になった場合にのみオンするように設定されたサーモスタット（図示略）によって、上記冷却水路２１ａとラジエタとの連通／遮断がオン／オフ制御されるようになっている。そしてこれにより、基本的には十分高温になった場合に限り、上述のエンジン冷却が行われるようになっている。本実施形態では、エンジン１０の暖機が完了したか否かを、エンジン冷却水温（例えば水温センサ２１ｂによる実測値）に基づいて判断するようにしている。図４に、この暖機判定の一態様を示す。なお、同図４において、（ａ）はエンジン１０の暖機が完了したか否か示す暖機判定フラグの内容（「０（暖機未完）」か「１（暖機完了）」か）の推移を、（ｂ）はエンジン冷却水温の推移を、それぞれ示すタイミングチャートである。

同図４（ｂ）に示されるように、この例でのエンジン冷却水温は、その大きな傾向として、まずスタータモータによるクランキングの開始に伴って上昇し始め、所定の冷却水温（この例では「８５〜９０（℃）」）で安定する、といった傾向を示す。ちなみに、冷却水温の高温域では、上記ラジエタの冷却ファンがオン／オフ制御されることで、安定状態が維持されるようになっている。本実施形態では、図２のステップＳ１４で、その時のエンジン冷却水温と所定の閾値（この例では「８０℃」）とを比較して、その時のエンジン冷却水温が十分大きい（例えば閾値以上である）場合には、同図４（ａ）に示すように、エンジン１０の暖機が完了したとして、暖機判定フラグに「ＯＮ」を設定する。他方、その時のエンジン冷却水温が十分大きくない（例えば閾値未満である）場合には、同図４（ａ）に示すように、エンジン１０の暖機が完了していない（暖機中である）として、暖機判定フラグを「ＯＦＦ」状態のままにする。

図２の処理の説明に戻る。このステップＳ１４でエンジン１０の暖機が完了した旨判断された場合にはステップＳ１５を行わず続くステップＳ１６へ進む（スキップする）。こうすることで、エンジン１０の暖機が完了していない（暖機中である）旨判断された場合にのみ、同ステップＳ１５で、モード検索を行うようにしている。そしてこの場合も、同ステップＳ１５の処理を終えたら、ステップＳ１６へ進むようになっている。図５に、ステップＳ１５の処理として行われるモード検索の処理内容をフローチャートとして示す。

同図５に示されるように、このモード検索に際しては、まずステップＳ２１で、その時のエンジン冷却水温ＴＨＷ（例えば水温センサ２１ｂによる実測値）を検出する（厳密には検出値を読み込む）。そして、その冷却水温ＴＨＷの大きさに基づいて、モード検索を行う。

詳しくは、ステップＳ２２で、上記ステップＳ２１で取得された冷却水温ＴＨＷと所定の閾値α（例えば「３０℃」）とを比較する（詳しくは大小の判断を行う）。そして、このステップＳ２２で冷却水温ＴＨＷが閾値α以下である（ＴＨＷ≦α）旨判断された場合には、続くステップＳ２４１で、その時のモードとして「モードＡ」を取得する。他方、同ステップＳ２２で冷却水温ＴＨＷが閾値αよりも大きい（ＴＨＷ＞α）旨判断された場合には、続くステップＳ２３で、上記冷却水温ＴＨＷと所定の閾値β（例えば「６０℃」）とを比較する（詳しくは大小の判断を行う）。そして、このステップＳ２３で冷却水温ＴＨＷが閾値β以下である（すなわち「α＜ＴＨＷ≦β」である）旨判断された場合には、続くステップＳ２４２で、その時のモードとして「モードＢ」を取得するとともに、同ステップＳ２３で冷却水温ＴＨＷが閾値β以下ではない（すなわち「ＴＨＷ＞β」である）旨判断された場合には、続くステップＳ２４３で、その時のモードとして「モードＣ」を取得する。なお、ここで取得したモードは、例えばＲＡＭ又はＥＥＰＲＯＭ等の適宜の記憶装置に格納しておく。

ここまでに、図２のステップＳ１４の処理（図４）及びステップＳ１５の処理（図５）について、その詳細を説明した。そして前述のように、図２の一連の処理では、ステップＳ１４に続いて、又はステップＳ１５に続いて、ステップＳ１６の処理が行われる。このステップＳ１６では、その時のエンジン運転状態（例えばエンジン回転速度及び吸気管圧力）に基づいて、基本燃料噴射量ＴＰを算出する。詳しくは、所定のマップ（例えばＲＯＭ等に記憶、数式でも可）を用いて取得する。このマップとしては、例えばエンジン回転速度及び吸気管圧力の各々についてその大きさに応じた（最適な）上記基本燃料噴射量ＴＰの適合値（最適値）が予め実験等により書き込まれたものを用いることができる。

そして、続くステップＳ１７で、上記ステップＳ１６で算出した基本燃料噴射量ＴＰに基づいて最終燃料噴射量ＴＡＵを算出して、この一連の処理を終了する。本実施形態では、この最終燃料噴射量ＴＡＵに基づいて上記インジェクタ１７に対する指令値（主に同インジェクタ１７の通電時間に係る指令値）を生成するとともに、この指令値に基づいて同インジェクタ１７の駆動を制御することにより、上記最終燃料噴射量ＴＡＵに見合った燃料を噴射供給するようにしている。

図６に、最終燃料噴射量ＴＡＵの算出態様、すなわち上記図２のステップＳ１７の処理内容を、フローチャートとして示す。

同図６に示されるように、このモード検索に際しては、まずステップＳ３１で、前述した図２のステップＳ１４の処理と同様の処理を行って、エンジン１０の暖機が完了したか否かを判断する。そして、このステップＳ３１でエンジン１０の暖機が完了していない旨判断された場合には、続くステップＳ３２において、先の図２のステップＳ１５で取得したモードが、先のモードＡ〜Ｃのうち、どのモードであったかを判別し、続くステップＳ３３１〜Ｓ３３３において、その判別したモードに応じた態様で、噴射量の補正係数ＦＭＯＤＥを算出する。ここで、補正係数ＦＭＯＤＥの算出態様は、モードごと、すなわちステップＳ３３１〜Ｓ３３３で異なる。図７〜図９に、先の図２のステップＳ１５で取得したモードがモードＡ〜Ｃである場合の補正係数ＦＭＯＤＥの算出態様を、それぞれフローチャートとして示す。まず図７を参照して、先の図２のステップＳ１５で取得したモードがモードＡである場合の、補正係数ＦＭＯＤＥの算出態様について説明する。

同図７に示すように、この場合の算出処理に際しては、まずステップＳ４１で、カウンタｎ（初期値は「０」）を読み込み、続くステップＳ４２で、そのカウンタｎの値を確認する。そして、このカウンタｎが「０」又は「１」である場合には、続くステップＳ４２１で、補正係数ＦＭＯＤＥに「１．０５」（リッチ側空燃比に相当）を設定する。他方、このカウンタｎが「２」である場合には、続くステップＳ４２２で、補正係数ＦＭＯＤＥに「０．９５」（リーン側空燃比に相当）を設定する。

次に、これらステップＳ４２１又はＳ４２２に続くステップＳ４３で、カウンタｎをインクリメントする（ｎ＝ｎ＋１）。さらに続くステップＳ４４では、カウンタｎが「３」である（ｎ＝３）か否かを判断する。そして、このステップＳ４４でカウンタｎが「３」である旨判断された場合には、続くステップＳ４５でカウンタｎに「０」を設定（カウンタリセット）し、他方、同ステップＳ４４でカウンタｎが「３」ではない旨判断された場合には、カウンタｎの値はそのままで、この図７の一連の処理を終了する。なお、この図７の処理は、１燃焼サイクルにつき１回の頻度、すなわち１回の噴射（メイン噴射）につき１回の頻度で実行されるため、カウンタｎは噴射の都度、ステップＳ４３でインクリメントされることになる。このため、先の図２のステップＳ１５でモードＡが取得されている間、すなわち冷却水温ＴＨＷが閾値α（例えば「３０℃」）以下である間は、リッチ側空燃比を「Ｒ」、リーン側空燃比を「Ｌ」とした場合、３回の噴射（メイン噴射）を１周期として、「ＲＲＬ」なる空燃比パターンで、繰り返し空燃比を制御する。

続けて、図８を参照して、先の図２のステップＳ１５で取得したモードがモードＢである場合の、補正係数ＦＭＯＤＥの算出態様について説明する。

同図８に示すように、この場合の算出処理に際しては、まずステップＳ５１で、カウンタｎ（初期値は「０」）を読み込み、続くステップＳ５２で、そのカウンタｎの値を確認する。そして、このカウンタｎが「０」又は「１」又は「３」である場合には、続くステップＳ５２１で、補正係数ＦＭＯＤＥに「１．０５」（リッチ側空燃比に相当）を設定する。他方、このカウンタｎが「２」又は「４」である場合には、続くステップＳ５２２で、補正係数ＦＭＯＤＥに「０．９５」（リーン側空燃比に相当）を設定する。

次に、これらステップＳ５２１又はＳ５２２に続くステップＳ５３で、カウンタｎをインクリメントする（ｎ＝ｎ＋１）。さらに続くステップＳ５４では、カウンタｎが「５」である（ｎ＝５）か否かを判断する。そして、このステップＳ５４でカウンタｎが「５」である旨判断された場合には、続くステップＳ５５でカウンタｎに「０」を設定（カウンタリセット）して、他方、同ステップＳ５４でカウンタｎが「５」ではない旨判断された場合には、カウンタｎの値はそのままで、この図８の一連の処理を終了する。こうして、この図８の処理により、先の図２のステップＳ１５でモードＢが取得されている間、すなわち冷却水温ＴＨＷが閾値α（例えば「３０℃」）よりも高くて且つ閾値β（例えば「６０℃」）以下である間は、リッチ側空燃比を「Ｒ」、リーン側空燃比を「Ｌ」とした場合、５回の噴射（メイン噴射）を１周期として、「ＲＲＬＲＬ」なる空燃比パターンで、繰り返し空燃比を制御する。

続けて、図９を参照して、先の図２のステップＳ１５で取得したモードがモードＣである場合の、補正係数ＦＭＯＤＥの算出態様について説明する。

同図９に示すように、この場合の算出処理に際しては、まずステップＳ６１で、カウンタｎ（初期値は「０」）を読み込み、続くステップＳ６２で、そのカウンタｎの値を確認する。そして、このカウンタｎが「０」である場合には、続くステップＳ６２１で、補正係数ＦＭＯＤＥに「１．０５」（リッチ側空燃比に相当）を設定する。また一方、このカウンタｎが「１」である場合には、続くステップＳ６２２で、補正係数ＦＭＯＤＥに「１．００」（基準空燃比に相当）を設定する。他方、このカウンタｎが「２」である場合には、続くステップＳ６２３で、補正係数ＦＭＯＤＥに「０．９５」（リーン側空燃比に相当）を設定する。

次に、これらステップＳ６２１〜Ｓ６２３に続くステップＳ６３で、カウンタｎをインクリメントする（ｎ＝ｎ＋１）。さらに続くステップＳ６４では、カウンタｎが「３」である（ｎ＝３）か否かを判断する。そして、このステップＳ６４でカウンタｎが「３」である旨判断された場合には、続くステップＳ６５でカウンタｎに「０」を設定（カウンタリセット）して、他方、同ステップＳ６４でカウンタｎが「３」ではない旨判断された場合には、カウンタｎの値はそのままで、この図９の一連の処理を終了する。こうして、この図９の処理により、先の図２のステップＳ１５でモードＣが取得されている間、すなわち冷却水温ＴＨＷが閾値β（例えば「６０℃」）よりも高い間は、基準空燃比を「Ｓ」、リッチ側空燃比を「Ｒ」、リーン側空燃比を「Ｌ」とした場合、３回の噴射（メイン噴射）を１周期として、「ＲＳＬ」なる空燃比パターンで、繰り返し空燃比を制御する。

図１０は、これら３種類の算出態様による空燃比パターンを示す図表である。なお、図１０において、（ａ）は噴射番号（噴射回数に相当）、（ｂ）は図７の算出態様による空燃比パターン、（ｃ）は図８の算出態様による空燃比パターン、（ｄ）は図９の算出態様による空燃比パターン、をそれぞれ示す図表である。

同図１０（ｂ）〜（ｄ）に示すように、いずれの空燃比パターンも、所定の基準空燃比（Ｓ）よりもリッチ側の空燃比（Ｒ）をその期間内の制御目標値とする第１期間（Ｒの期間）と、同基準空燃比（Ｓ）よりもリーン側の空燃比（Ｌ）をその期間内の制御目標値とする第２期間（Ｌの期間）とを、連続的に（図１０（ｂ）及び図１０（ｃ））又は基準空燃比（Ｓ）を介して（図１０（ｄ））、交互に繰り返すようになっている。より具体的には、モードＡの場合には「ＲＲＬ」なる空燃比パターンを、モードＢの場合には「ＲＲＬＲＬ」なる空燃比パターンを、モードＣの場合には「ＲＳＬ」なる空燃比パターンを、それぞれ単位パターンとして空燃比を制御するようになっている。すなわちいずれの場合も、所定の単位パターンを繰り返すことで、空燃比を制御している。これら空燃比パターンは、リッチ側空燃比の単位期間とリーン側空燃比の単位期間と（いずれの単位期間も１燃焼サイクルに相当）の割合（所定期間あたりの数）が異なることから、所定期間（各パターンの１周期）の平均空燃比についてもこれが異なるものとなっている。

先の図６のステップＳ３３１〜Ｓ３３３では、このような処理が行われる。次いで、続くステップＳ３４では、これらステップＳ３３１〜Ｓ３３３のうちの１つで算出した補正係数ＦＭＯＤＥに基づいて、最終燃料噴射量ＴＡＵを算出する。詳しくは、「ＴＡＵ＝ＴＰ×ＦＴＯＴＡＬ×ＦＭＯＤＥ＋ＴＶ」なる計算式に基づいて最終燃料噴射量ＴＡＵを算出する。なおこの式中、ＴＰは基本燃料噴射量（図２のステップＳ１６にて算出）、ＴＶはインジェクタ１７の無効噴射時間に関する補正係数である。また、ＦＴＯＴＡＬは、時々の各種パラメータ、例えばエンジン運転状態や、外気温度、エンジン冷却水温、燃料圧力、空燃比等に基づいて、総合的に最適な値として設定（マップや数式等により設定）される補正係数である。本実施形態では、エンジン１０の暖機中に「ＦＭＯＤＥ＝１」が成立している間は、触媒３２周辺（特に排気上流側）の排気中の空燃比が理論空燃比になるように、補正係数ＦＴＯＴＡＬの値が設定される。すなわち、前述した各空燃比パターンにおいては、基準空燃比（Ｓ）が理論空燃比に、リッチ側空燃比（Ｒ）が理論空燃比よりもリッチ側の（燃料比率の高い）空燃比（リッチ空燃比）に、リーン側空燃比（Ｌ）が理論空燃比よりもリーン側の（燃料比率の低い）空燃比（リーン空燃比）に、それぞれ相当する。

他方、先のステップＳ３１でエンジン１０の暖機が完了した旨判断された場合には、続くステップＳ３３４で、補正係数ＦＭＯＤＥに「１．００」を設定して、上記ステップＳ３４に進み、この補正係数ＦＭＯＤＥ（＝「１」）に基づいて、最終燃料噴射量ＴＡＵを算出する。

エンジン１０の暖機完了前（暖機中）も暖機完了後も、上記ステップＳ３４で最終燃料噴射量ＴＡＵを算出した後は、図６の一連の処理、ひいては図２の一連の処理を終了する。こうして、上記図２の処理を所定処理間隔で逐次実行することで、暖機完了前は、前述した所定の空燃比パターン（図１０（ｂ）〜（ｄ））によって、また暖機完了後は、主に上記補正係数ＦＴＯＴＡＬ（ステップＳ３４）によって、それぞれ空燃比制御を行うようにする。

すなわち、暖機完了前においては、始動からの経過時間が長くなるにつれ、すなわち暖機が進む（エンジン冷却水温が高くなる）につれ、空燃比制御に用いる空燃比パターンが、図１０（ｂ）のパターンから、図１０（ｃ）のパターン、図１０（ｄ）のパターンへと順に（段階的に）移行していくことになる。そしてこれにより、各空燃比パターンの平均空燃比（詳しくは各パターンの１周期の平均空燃比）についてもこれが、開始空燃比としてのリッチ空燃比（図１０（ｂ）のパターン）から、段階的に、目標空燃比としての理論空燃比（図１０（ｄ）のパターン）へ近づいてゆくことになる。

以上説明したように、本実施形態に係る空燃比制御装置及びエンジン制御システムによれば、以下のような優れた効果が得られるようになる。

（１）吸入空気と供給燃料との反応に基づく燃料燃焼によるエネルギーを機械的な運動（回転運動）へ変換するエンジン１０を始動する際に、同エンジン１０での燃料燃焼に係る空気量と燃料量との比率である空燃比を制御する。より詳しくは、上記インジェクタ１７による燃料噴射量を制御する。こうした空燃比制御装置（エンジン制御用ＥＣＵ５０）として、エンジン始動後の所定期間である始動運転期間（エンジン始動初期の暖機中）においては、所定の基準空燃比（理論空燃比）よりもリッチ側の（燃料比率の高い）空燃比をその期間内の制御目標値とする第１期間（Ｒの期間）と、同基準空燃比よりもリーン側の（燃料比率の低い）空燃比をその期間内の制御目標値とする第２期間（Ｌの期間）とを、連続的に又は基準空燃比（Ｓ）を介して、交互に繰り返しながら（図１０（ｂ）〜（ｄ）参照）、それら第１期間及び第２期間を含む所定の期間（各パターンの１周期）についての平均空燃比を可変制御するプログラム（空燃比制御手段、図６）を備える構成とした。こうすることで、エンジン１０での燃料燃焼に係る空燃比を制御する際に、リッチ側の空燃比とリーン側の空燃比とを交互に繰り返す制御（いわゆるディザ）を行いつつ、所定期間の平均空燃比を可変制御することが可能になり、ひいては時々の状況に応じて平均空燃比として最適な空燃比を設定することが可能になる。すなわち、リッチ側の空燃比とリーン側の空燃比とを交互に繰り返しつつ、ドライバビリティ（運転性）についてもこれを良好に維持することができるようになる。

（２）図６の処理においては、各空燃比パターンの平均空燃比を、理論空燃比よりもリッチ側の所定の空燃比（開始空燃比）から、よりリーン側の空燃比（目標空燃比）へ、段階的に移行させるようにした。こうすることで、良好なドライバビリティ（運転性）を好適に維持することが可能になる。

（３）上記第１期間及び第２期間の長さを、噴射回数によって設定するようにした。こうすることで、容易且つ適切に各期間の長さが設定されることになる。

（４）始動運転期間を、エンジン回転速度（図２のステップＳ１３）及びエンジン冷却水温（図２のステップＳ１４）に基づいて設定するようにした。こうすることで、容易且つ適切にその期間が設定されることになる。

（５）この際、目標空燃比を理論空燃比とした。このように、始動時にリッチ空燃比から徐々に理論空燃比へ空燃比を移行させることで、良好なドライバビリティ（運転性）が得られるようになる。

（６）図６の処理においては、エンジン１０の燃焼行程後に排気の排出される排気通路（排気管３１）に、排気を浄化するための触媒３２が設けられているシステムについて、同触媒３２の活性化を促すために空燃比を制御する（ディザを実行する）ようにした。こうすることで、良好なドライバビリティ（運転性）を維持しつつ、触媒３２の早期活性化を図ることが可能になる。

（７）触媒３２周辺の温度を示すパラメータ（詳しくはエンジン本体温度を示すエンジン冷却水温）の値に応じて、上記平均空燃比を可変制御する（空燃比パターンを切り替える）ようにした。こうすることで、触媒活性化とドライバビリティ（運転性）との両立がより容易且つ的確に図られるようになる。

（８）図６の処理においては、平均空燃比の各異なる複数種の空燃比パターン（図１０（ｂ）〜（ｄ））を切り替えることによって、上記平均空燃比を可変とするようにした。こうすることで、第１期間と第２期間とを交互に繰り返しながら平均空燃比の可変制御についてもこれを容易に行うことが可能になる。

（９）複数種の空燃比パターン（図１０（ｂ）〜（ｄ））をそれぞれ、基準空燃比、及び、基準空燃比よりもリッチ側のリッチ側空燃比、及び、基準空燃比よりもリーン側のリーン側空燃比、を各期間内の制御目標値とする３種の単位期間（Ｓ，Ｒ，Ｌの単位期間）の、２種以上による組み合わせで構成され、その組み合わせ方の相違によって互いに異なる平均空燃比となっているものとした。こうした空燃比パターンであれば、リッチ側空燃比の単位期間とリーン側空燃比の単位期間との割合を変えるだけで、容易に平均空燃比の異なる複数種の空燃比パターン（ディザパターン）を実現することが可能になる。

（１０）複数種の空燃比パターンの中に、リッチ側空燃比（Ｒ）、基準空燃比（Ｓ）、リーン側空燃比（Ｌ）の順に各空燃比による単位期間が連続する期間を有する空燃比パターン（図１０（ｄ））が含まれている構成とした。このように、リッチ側空燃比の単位期間とリーン側空燃比の単位期間との間に基準空燃比の単位時間を挟むことで、トルクの急激な変動を緩和することが可能になり、ひいてはより良好なドライバビリティ（運転性）が得られるようになる。

（１１）空燃比パターン（図１０（ｂ）〜（ｄ））として、単位パターンが繰り返されるものを用いることとした。こうすることで、制御を簡易にすることができる。

（１２）当該ＥＣＵ５０（空燃比制御装置）を、ただ１つのシリンダで前記燃料燃焼を行う単気筒エンジンに適用した。上述の空燃比制御を行うことで、こうした単気筒エンジンにおいても、良好な始動特性が得られるようになる。

（１３）上記各プログラムと共に、インジェクタ１７の作動に基づいて、エンジン１０に関する所定の制御（例えばエンジン出力軸のトルク制御など）を行うプログラム（エンジン制御手段）を、上記ＥＣＵ５０に搭載して、エンジン制御システムとして、このＥＣＵ５０の他に、上記各種プログラムにより駆動量を制御されてエンジン１０での燃料燃焼に係る燃料量を可変とするインジェクタ１７（アクチュエータ）をさらに備える構成とした。こうした構成では、上述のようにドライバビリティ（運転性）が改善されることで、より信頼性の高いエンジン制御を行うことが可能になる。特にこのシステムを２輪自動車（オートバイ等）に搭載した場合には、従来よりも格段に始動特性の優れる２輪自動車が実現可能になる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・上記実施形態では、図１０に例示した空燃比パターンに従って空燃比制御を行うようにした。しかし、空燃比パターンとしては、図１０に示したものに限られない任意のパターンを採用することができる。

例えば上記実施形態では、第１期間（Ｒの期間）及び第２期間（Ｌの期間）を空燃比一定の期間としたが、これらを空燃比の異なる複数種の期間の組み合わせからなる期間としてもよい。具体的には、例えば先の図８の処理に代えて、図１１（図８に対応するフローチャート）に示す処理を行うようにする。

すなわち同図１１に示すように、この例では、まずステップＳ７１で、カウンタｎ（初期値は「０」）を読み込み、続くステップＳ７２で、そのカウンタｎの値を確認する。そして、このカウンタｎが「０」又は「３」である場合には、続くステップＳ７２１で、補正係数ＦＭＯＤＥに「１．０５」（第１のリッチ側空燃比に相当）を設定する。また一方、このカウンタｎが「１」である場合には、続くステップＳ７２２で、補正係数ＦＭＯＤＥに「１．１０」（第２のリッチ側空燃比に相当）を設定する。他方、このカウンタｎが「２」又は「４」である場合には、続くステップＳ７２３で、補正係数ＦＭＯＤＥに「０．９５」（リーン側空燃比に相当）を設定する。続くステップＳ７３〜Ｓ７５の処理は、前述したステップＳ５３〜Ｓ５５の処理に準ずるものであるため、ここでは説明を割愛する。すなわち、この例では、第１のリッチ側空燃比を「Ｒ１」、第２のリッチ側空燃比を「Ｒ２」、リーン側空燃比を「Ｌ」とした場合、５回の噴射（メイン噴射）を１周期として、「Ｒ１Ｒ２ＬＲ１Ｌ」なる空燃比パターンで、繰り返し空燃比を制御する。

このように、目標空燃比の種類を増やすことで、より精密に空燃比を制御することが可能になる。例えばリーン側空燃比で失火が生じないように、リーン側空燃比を制御目標値に設定する前には少し余分に燃料を供給する、あるいはリーン側空燃比の後は燃料濃度が薄くなっているため、リーン側空燃比を制御目標値に設定した後には少し余分に燃料を供給する、等々のパターンも容易に実現することができる。ただし、制御の複雑化を避ける上では、空燃比パターンの過剰な複雑化は好ましくない。また、燃料不足による失火を避ける上では、２回以上の噴射について連続してリーン側空燃比に設定することは好ましくないため、そうした連続はなるべく避けるなどの配慮も重要である。

また、上記実施形態では、リッチ側空燃比（Ｒ）、基準空燃比（Ｓ）、リーン側空燃比（Ｌ）の順に各空燃比による単位期間が連続する期間を有する空燃比パターン（図１０（ｄ）のパターン）を採用した。しかし、リーン側空燃比（Ｌ）からリッチ側空燃比（Ｒ）への移行に際してその間に基準空燃比（Ｓ）を挟むようにした場合、すなわちリーン側空燃比（Ｌ）、基準空燃比（Ｓ）、リッチ側空燃比（Ｒ）の順に各空燃比による単位期間が連続する期間を有する空燃比パターンでも、トルクの急激な変動を緩和する効果は奏されることになる。ただし通常、トルクの急激な変動は、リッチ側空燃比（Ｒ）からリーン側空燃比（Ｌ）への移行に際して特に問題になる。

・上記実施形態では、リッチ側空燃比及びリーン側空燃比を固定値（「１．０５」及び「０．９５」）とした。しかし、これらの空燃比は可変値としてもよい。例えばエンジン始動からの経過時間を示すパラメータ（例えば噴射回数やエンジン出力軸の回転速度等）と、触媒３２自体又はその触媒３２周辺の温度を示すパラメータ（例えば触媒床温やエンジン本体温度等）と、の少なくとも１つのパラメータの値に応じて、上述の各空燃比パターンにおけるリッチ側空燃比又はリーン側空燃比の値（例えば補正係数ＦＭＯＤＥ）を可変制御する構成が有効である。

そして、このように空燃比パターンの内容を変更する構成とすれば、複数種の空燃比パターンを用意してそれらパターンの切替を行わずとも、上述の平均空燃比を可変とすることが可能になる。具体的には、例えば２回の噴射を１周期として、「ＲＬ」なる空燃比パターンで繰り返し空燃比を制御する場合、図１２中に実線Ｌ１１ａ，Ｌ１１ｂにて示すように、リッチ側空燃比（Ｒ）及びリーン側空燃比（Ｌ）の空燃比を決める補正係数ＦＭＯＤＥ（図６のステップＳ３４）を、それぞれ噴射回数が増えるほど「１」に近づけるように可変設定する。例えばリッチ側空燃比（Ｒ）の補正係数ＦＭＯＤＥを「１．１０」から「１．００」へ噴射ごとに変化（徐変）させる（実線Ｌ１１ａ）とともに、例えばリーン側空燃比（Ｌ）の補正係数ＦＭＯＤＥを「０．９０」から「１．００」へ噴射ごとに変化（徐変）させる（実線Ｌ１１ｂ）。あるいは図１３中に実線Ｌ１２ａ，Ｌ１２ｂにて示すように、噴射ごとには（１回の噴射では）変化させずに、所定複数回の噴射が行われるごとに、それらリッチ側空燃比（Ｒ）及びリーン側空燃比（Ｌ）の各補正係数ＦＭＯＤＥを変化させるようにしてもよい。これらの構成によれば、パターンの切替を行わずに、平均空燃比を可変制御することが可能になる。

・上記実施形態では、触媒３２周辺の温度を示すパラメータ（詳しくはエンジン本体温度を示すエンジン冷却水温）の値に応じて、空燃比パターンを切り替えるようにした。しかしこれに限られず、エンジン始動からの経過時間を示すパラメータの値に応じて、空燃比パターンを切り替えるようにしてもよい。具体的には、例えばモード検索に際して、先の図５の処理に代えて、図１４（図５に対応するフローチャート）に示す処理を行うようにする。

すなわち同図１４に示されるように、このモード検索に際しては、まずステップＳ８１で、その時点でのエンジン始動からの経過時間ＴＳＴＡＲＴ（例えば適宜の計時プログラムにて逐次計測される時間）を読み込む。そして、その経過時間ＴＳＴＡＲＴの大きさに基づいて、モード検索を行う。

詳しくは、ステップＳ８２１で、上記ステップＳ８１で取得された経過時間ＴＳＴＡＲＴと所定の閾値γ（例えば「２min」）とを比較する（詳しくは大小の判断を行う）。そして、このステップＳ８２１で経過時間ＴＳＴＡＲＴが閾値γ以下である（ＴＳＴＡＲＴ≦γ）旨判断された場合には、続くステップＳ８３１で、その時のモードとして「モードＡ」を取得する。

また一方、同ステップＳ８２１で経過時間ＴＳＴＡＲＴが閾値γよりも大きい（ＴＳＴＡＲＴ＞γ）旨判断された場合には、続くステップＳ８２２で、上記経過時間ＴＳＴＡＲＴと所定の閾値σ（例えば「５min」）とを比較する。そして、このステップＳ８２２で経過時間ＴＳＴＡＲＴが閾値σ以下である（すなわち「γ＜ＴＳＴＡＲＴ≦σ」である）旨判断された場合には、続くステップＳ８３２で、その時のモードとして「モードＢ」を取得する。

また、同ステップＳ８２２で経過時間ＴＳＴＡＲＴが閾値σ以下ではない（ＴＳＴＡＲＴ＞σ）旨判断された場合には、続くステップＳ８２３で、上記経過時間ＴＳＴＡＲＴと所定の閾値η（例えば「１０min」）とを比較する。そして、このステップＳ８２３で経過時間ＴＳＴＡＲＴが閾値η以下である（すなわち「σ＜ＴＳＴＡＲＴ≦η」である）旨判断された場合には、続くステップＳ８３３で、その時のモードとして「モードＣ」を取得する。

また、同ステップＳ８２３で経過時間ＴＳＴＡＲＴが閾値η以下ではない（ＴＳＴＡＲＴ＞η）旨判断された場合には、続くステップＳ８２４で、上記経過時間ＴＳＴＡＲＴと所定の閾値ξ（例えば「２０min」）とを比較する。そして、このステップＳ８２４で経過時間ＴＳＴＡＲＴが閾値ξ以下である（すなわち「η＜ＴＳＴＡＲＴ≦ξ」である）旨判断された場合には、続くステップＳ８３４で、その時のモードとして「モードＤ」を取得する。他方、同ステップＳ８２４で経過時間ＴＳＴＡＲＴが閾値ξ以下ではない（ＴＳＴＡＲＴ＞ξ）旨判断された場合には、経過時間ＴＳＴＡＲＴが閾値ξよりも大きい（ξ＜ＴＳＴＡＲＴ）として、続くステップＳ８３５で、その時のモードとして「モードＥ」を取得する。

このように、エンジン始動からの経過時間を示すパラメータの値に応じて、空燃比パターンを切り替えるようにした場合にも、触媒活性化とドライバビリティ（運転性）との両立がより容易且つ的確に図られるようになる。

・さらに、上記図１４の処理で用いられる判定値γ，σ，η，ξを所定パラメータ（例えばエンジン始動時の状況を示すパラメータ）に応じて可変設定することも可能である。例えばイグニッションスイッチがオンされたことをトリガにして、図１５の一連の処理を１度だけ実行することで、上記判定値γ，σ，η，ξをその時の状況に応じた値に設定することができる。

すなわち同図１５に示すように、この例では、まずステップＳ９１で、その時のエンジン冷却水温ＴＨＷ（例えば水温センサ２１ｂによる実測値）を検出する（厳密には検出値を読み込む）。そして、続くステップＳ９２で、その冷却水温ＴＨＷの大きさに基づいて、上記判定値γ，σ，η，ξの値を設定する。ここで、これら判定値γ，σ，η，ξの設定態様としては、例えば図１６に示す態様又は図１７に示す態様等を採用することが有効である。なお、図１６中の実線Ｌ２１ａ，Ｌ２１ｂ，Ｌ２１ｃ，Ｌ２１ｄ、及び図１７中の実線Ｌ２２ａ，Ｌ２２ｂ，Ｌ２２ｃ，Ｌ２２ｄは、それぞれ上記判定値γ，σ，η，ξの値とエンジン冷却水温との関係を示す実線に相当する。これら各図に示す例は、どちらの場合も、エンジン冷却水温が高いほどより早い段階（より短い経過時間ＴＳＴＡＲＴ）でモードＥの方へ移行させるような判定値が設定されるようになっている。ただし、図１７に示す例では、エンジン冷却水温が高ければ、初期のモード（例えばモードＡ）をスキップして、初めから後ろのモード（例えばモードＢやモードＣ）を取得（認識）することで、エンジン始動時の状況に対してより柔軟に対応することができるようになっている。

・また、上記図１４に示した例のように、５種類の空燃比パターンを用いる場合には、例えば図１８（ｂ）〜（ｆ）に示すような５種類の空燃比パターンが有効である。なお、この図１８は、図１０に対応する図表である。すなわちこの図１８においても、（ａ）は噴射番号（噴射回数に相当）を示している。

同図１８（ｂ）〜（ｄ）に示すように、モードＡ〜Ｃのパターンは、上記実施形態と同様である。一方、モードＤのパターンは、図１８（ｅ）に示すように、「ＲＳＬＲＬ」なる空燃比パターンを、またモードＥのパターンは、図１８（ｆ）に示すように、「ＲＬ」なる空燃比パターンを、それぞれ単位パターンとして空燃比を制御するようになっている。こうした空燃比パターンを採用することで、空燃比パターンは、エンジン始動からの時間の経過と共に、図１８（ｂ）のパターンから、図１８（ｃ）、図１８（ｄ）、図１８（ｅ）、図１８（ｆ）と順に（ただし必要があれば適宜にスキップして）移行していくことになる。ここで、図１８（ｄ）〜（ｆ）は、いずれも各パターンの１周期の平均空燃比が基準空燃比（理論空燃比）となっている。ただし、図１８（ｄ）のパターンよりも図１８（ｅ）のパターンの方が、また図１８（ｅ）のパターンよりも図１８（ｆ）のパターンの方が、基準空燃比による単位期間の割合が少なくなっている。このように、図１８に示す空燃比パターンでは、エンジン始動からの経過時間が長くなるほど、すなわちエンジントルクが安定するほど、基準空燃比による単位期間を減らすことで、触媒３２の活性化をより促進するようにしている。

・基準空燃比（Ｓ）を理論空燃比に設定することは必須の要件ではない。基準空燃比（Ｓ）には、用途等に応じて任意の空燃比を設定することができる。

・制御対象とするエンジンの種類（筒内噴射式のガソリンエンジンや圧縮着火式のディーゼルエンジン等も含む）やシステム構成も、用途等に応じて適宜に変更可能である。例えば対象エンジンは、単気筒エンジンに限られず、多気筒エンジンに対しても、本発明は適用可能である。そして、上記実施形態についてこうした構成の変更を行う場合には、上述した各種の処理（プログラム）についても、その細部を、実際の構成に応じて適宜最適なかたちに変更（設計変更）することが好ましい。

・上記実施形態及び変形例では、各種のソフトウェア（プログラム）を用いることを想定したが、専用回路等のハードウェアで同様の機能を実現するようにしてもよい。

本発明に係る空燃比制御装置、及び同装置の搭載されたエンジン制御システムの一実施形態について、該システムの概略を示す構成図。エンジン始動直後の所定期間（詳しくは暖機中）に行われる燃料噴射制御の基本的な処理手順を示すフローチャート。（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ同実施形態のエンジン始動判定態様を示すタイミングチャート。（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ同実施形態のエンジン暖機判定態様を示すタイミングチャート。同実施形態に係るモード検索の処理内容を示すフローチャート。同実施形態に係る最終燃料噴射量の算出態様を示すフローチャート。同実施形態に係る空燃比補正係数の算出態様を示すフローチャート。同実施形態に係る空燃比補正係数の算出態様を示すフローチャート。同実施形態に係る空燃比補正係数の算出態様を示すフローチャート。同実施形態に係る空燃比パターンを示す図表。空燃比補正係数の算出態様の変形例を示すフローチャート。他の実施形態について、空燃比パターンの内容を変更する場合の一変更態様を示すグラフ。空燃比パターンの内容を変更する場合の別の変更態様を示すグラフ。モード検索に係る処理の変形例を示すフローチャート。同モード検索に用いられる判定値を設定する際の処理手順を示すフローチャート。同判定値の設定態様の一例を示すグラフ。同判定値の設定態様の別の一例を示すグラフ。空燃比パターンの変形例を示す図表。

符号の説明

１０…エンジン、１７…インジェクタ、２０…シリンダ（気筒）、５０…ＥＣＵ（電子制御ユニット）。

Claims

吸入空気と供給燃料との反応に基づく燃料燃焼によるエネルギーを機械的な運動へ変換するエンジンを始動する際に、同エンジンでの燃料燃焼に係る空気量と燃料量との比率である空燃比を制御する装置であって、
前記エンジンは、ただ１つのシリンダで前記燃料燃焼を行う単気筒エンジンであり、
前記エンジン始動後の所定期間である始動運転期間においては、１燃焼サイクルにそれぞれ相当する第１期間及び第２期間について、所定の基準空燃比よりもリッチ側の空燃比をその期間内の制御目標値とする第１期間と、同基準空燃比よりもリーン側の空燃比をその期間内の制御目標値とする第２期間とを、連続的に又は前記基準空燃比を介して、交互に繰り返しながら、それら第１期間及び第２期間を含む所定の期間についての平均空燃比を可変制御する空燃比制御手段を備え、
前記空燃比制御手段は、前記第２期間の直後に２つの前記第１期間が続く部分を含みかつ２つの前記第２期間が続かない空燃比パターンで、繰り返し前記平均空燃比を可変制御するものであることを特徴とする空燃比制御装置。
前記空燃比制御手段は、３つの燃焼サイクルを１周期とし、前記第１期間、前記第１期間、前記第２期間の順からなる空燃比パターンで、繰り返し前記平均空燃比を可変制御するものである請求項１に記載の空燃比制御装置。
前記空燃比制御手段は、前記始動運転期間の開始当初において、前記空燃比パターンで繰り返し前記平均空燃比を可変制御するものである請求項２に記載の空燃比制御装置。
前記空燃比制御手段は、５つの燃焼サイクルを１周期とし、前記第１期間、前記第１期間、前記第２期間、前記第１期間、前記第２期間の順からなる空燃比パターンで、繰り返し前記平均空燃比を可変制御するものである請求項１の空燃比制御装置。
前記空燃比制御手段は、前記始動運転期間において、前記平均空燃比を、理論空燃比よりもリッチ側の所定の空燃比である開始空燃比から、該開始空燃比よりもリーン側の空燃比である目標空燃比へ、段階的に移行させるものである請求項１〜４のいずれか一項に記載の空燃比制御装置。
前記目標空燃比は理論空燃比である請求項５に記載の空燃比制御装置。
前記エンジンの燃焼行程後に排気の排出される排気通路には、排気を浄化するための触媒が設けられており、
前記空燃比制御手段は、その触媒の活性化を促すために空燃比を制御するものである請求項１〜６のいずれか一項に記載の空燃比制御装置。
前記空燃比制御手段は、前記エンジン始動からの経過時間を示すパラメータと、前記触媒自体又はその触媒周辺の温度を示すパラメータと、の少なくとも１つのパラメータの値に応じて、前記平均空燃比を可変制御するものである請求項７に記載の空燃比制御装置。
前記空燃比制御手段は、前記平均空燃比の各異なる複数種の空燃比パターンを切り替えることによって、前記平均空燃比を可変とするものである請求項１〜８のいずれか一項に記載の空燃比制御装置。
前記複数種の空燃比パターンはそれぞれ、前記基準空燃比、及び、前記基準空燃比よりもリッチ側のリッチ側空燃比、及び、前記基準空燃比よりもリーン側のリーン側空燃比、を各期間内の制御目標値とする３種の単位期間の、２種以上による組み合わせで構成され、その組み合わせ方の相違によって互いに異なる平均空燃比となっているものである請求項９に記載の空燃比制御装置。
前記複数種の空燃比パターンの中には、前記リッチ側空燃比、前記基準空燃比、前記リーン側空燃比の順に各空燃比による単位期間が連続する期間、及び、前記リーン側空燃比、前記基準空燃比、前記リッチ側空燃比の順に各空燃比による単位期間が連続する期間の少なくとも一方を有する空燃比パターンが含まれている請求項１０に記載の空燃比制御装置。
前記空燃比制御手段は、エンジン始動からの経過時間を示すパラメータと、前記触媒自体又はその触媒周辺の温度を示すパラメータと、の少なくとも１つのパラメータの値に応じて、前記空燃比パターンにおけるリッチ側空燃比又はリーン側空燃比の値を可変制御するものである請求項１０又は１１に記載の空燃比制御装置。
前記空燃比制御手段は、所定の空燃比パターンに従って空燃比制御を行うとともに、該空燃比パターンの内容を変更することによって、前記平均空燃比を可変とするものである請求項１〜８のいずれか一項に記載の空燃比制御装置。
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の空燃比制御装置と、該空燃比制御装置により駆動量を制御されて前記エンジンでの燃料燃焼に係る空気量と燃料量との少なくとも一方を可変とするアクチュエータと、該アクチュエータの作動に基づいて、前記エンジンに関する所定の制御を行うエンジン制御手段と、を備えることを特徴とするエンジン制御システム。