JPH0625552B2 - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、空燃比センサの出力信号に基づいて空燃比を
フィードバック制御するようにした内燃機関の空燃比制
御装置に係り、特に高温始動開始後リーン空燃比が継続
しているか否かの判別動作の開始を遅延するようにした
空燃比制御装置に関する。

従来の技術 車両に搭載される内燃機関では、機関負荷、機関回転数
等に合わせて最適な運転状態を作り出すために機関に供
給する燃料量をマイクロコンピュータにより制御するも
のが周知になっている。この場合、内燃機関の始動後に
おいて、機関の始動特性に応じて、燃料噴射装置の燃料
噴射時間を適宜補正することにしている。

一般に、長時間の高負荷運転を継続した後機関を停止し
た場合、機関が高温となって燃料噴射装置の燃料配管中
にベーパーが発生することがあり、この状態で再始動す
ると、燃料噴射装置の噴射時間に比例した燃料量を供給
する機関では、同じ燃料噴射時間でもベーパー分だけは
燃料供給量が低減し、十分な燃料量が供給されないこと
により空燃比がオーバーリーンになり、このため始動が
行なえないかあるいは始動を完了したとしても始動後ア
イドル運転状態が不安定になったり、エンジンストール
を起こすことが多い。

そこで従来の空燃比制御装置においては、高温始動後に
オープンループ制御による燃料増量を実行し、始動後の
アイドル運転状態を安定している。

一方、特開昭59-90740号公報には、高温再始動時に空燃
比フィードバック制御によって燃料噴射量を増量し、こ
れによって、燃料配管中に発生するベーパーに起因する
アイドル不安定を解消しようとする内燃機関の空燃比制
御装置が開示されている。

また、空燃比センサの故障や空燃比センサの非活性状態
時に空燃比フィードバック制御を実行すると、空燃比が
目標空燃比から大きくずれてしまうおそれがあるため
に、空燃比センサがリーン信号を一定時間以上継続して
出力する場合には、空燃比フィードバック制御を停止せ
しめる、いわゆるリーンモニタが知られている。

発明が解決しようとする問題点 上述の、高温始動後にオープンループ制御により燃料増
量を実行するという従来技術では、予め定められた燃料
増量を与えているために、燃料系でのベーパー発生量に
応じた燃料増量を与えることが困難であり、燃費や排気
エミッションが悪化するという問題がある。

一方、特開昭59-90740号公報に開示されたように、空燃
比センサの出力に基づいて高温始動時の空燃比を制御す
れば、ベーパーの発生量に応じて適切な燃料量を増量す
ることができるが、前述のリーンモニタ機能を有する空
燃比制御装置にこれを適用すると以下のような問題を生
ずる。

すなわち、高温始動後は空燃比フィードバック制御によ
り空燃比が制御されるが、空燃比はなおリーン傾向にあ
り、このためリーンモニタ機能によって空燃比フィード
バック制御が停止されてしまう。この結果、高温始動時
の燃料量補正がなされず、空燃比がリーンとなって機関
の安定した運転が損なわれるという問題を生ずる。

問題点を解決するための手段 本発明の内燃機関の空燃比制御装置は、排気ガス中の特
定成分濃度を検出する空燃比センサ１００と、機関シリ
ンダ内に燃料を供給するための燃料供給装置１０２と、
空燃比センサ１００の出力信号に基づいて燃料供給装置
１０２を制御して空燃比を理論空燃比近傍にフィードバ
ック制御するフィードバック制御手段１０４と、空燃比
センサ１００の出力信号に基づいて予め定められた時間
以上リーン空燃比が継続しているか否か判定するリーン
ずれ判定手段１０６と、リーンずれ判定手段１０６が予
め定められた時間以上リーン空燃比が継続していると判
定した場合にフィードバック制御手段１０４によるフィ
ードバック制御を停止せしめるフィードバック制御停止
手段１０８と、機関の始動時を検出する始動時検出手段
１１０と、機関の高温時を判別する高温時判別手段１１
２と、始動時検出手段１１０と高温時判別手段１１２と
に基づいて機関が高温時に始動されたことを検出した場
合燃料供給装置１０２に供給される燃料中のベーパーが
ほぼ消失するまでの期間はフィードバック制御停止手段
１０８の作動を禁止せしめ、予め定められた時間以上リ
ーン空燃比が継続してもフィードバック制御を強制的に
実行せしめるフィードバック制御強制実行手段１１４
と、を備えている。

作用 本発明によれば、フィードバック制御強制実行手段によ
って、機関が高温時に始動されたことを検出した場合燃
料供給装置に供給される燃料中のベーパーがほぼ消失す
るまでの期間はフィードバック制御停止手段の作動を禁
止せしめ、予め定められた時間以上リーン空燃比が継続
してもフィードバック制御を強制的に実行せしめるよう
にしているために、高温始動後に適切な空燃比補正がな
され、斯くして安定した機関運転が可能となる。また、
フィードバック制御停止手段の作動が禁止せしめられる
のは燃料中のベーパーがほぼ消失するまでの期間とされ
ているために、それ以後に空燃比センサが故障した場合
等に空燃比が目標空燃比から大きくずれることを防止す
ることができる。

実施例 以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第２図は本発明の空燃比制御装置を適用する内燃機関の
概略構成の一例を表わしている。

図中、１は内燃機関本体、２はシリンダブロック、３は
シリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は点火
プラグ、７は吸気バルブ、８は排気バルブ、９は排気マ
ニホールド１０内の排気中の酸素濃度を検出する酸素セ
ンサ、１５は冷却水温を計測する水温センサ、１６はス
タータスイッチ、２１はバッテリ電源をそれぞれ表わ
す。

吸気系では、エアクリーナ２４から取入れた吸入空気の
吸気量をエアフロメータ２５により計測すると共に、吸
気温センサ２６により吸気温を計測し、アクセルペダル
２７の踏み代に応じて開閉するスロットルバルブ２８に
より吸入空気を所定量だけ吸気マニホールド３０へと送
るようになっている。スロットルボディ３１には、その
内部に介装したスロットルバルブ２８の開度及び全閉位
置を検出するスロットルセンサ３２が設けられている。
さらに吸気マニホールド３０の吸気バルブ７の近傍に
は、燃料タンク３５から通路３６を介して燃料ポンプ３
７により圧送される燃料を所定量だけ噴射供給する燃料
噴射弁３８が取付けられている。

そして点火系では、イグニッションコイル４０で発生し
た高電圧をディストリビュータ４１に供給し、ディスト
リビュータ４１で所定の点火時期制御を行ないながら該
高電圧を所定のタイミングで各気筒の点火プラグ６に分
配供給するようにしている。ディストリビュータ４１に
は、図示しないクランクシャフトと同期して回転するデ
ィストリビュータシャフト４２の回転位置から回転角及
び回転数を検出する回転数センサ４３が設けられてお
り、具体的には、この回転数センサ４３によりクランク
シャフトの２回転毎に２４回のパルス信号を出力すると
共にクランクシャフトの一回転毎に所定角で一回のパル
ス信号を出力するようにしている。

制御装置５０は、バッテリ電源２１により作動するマイ
クロコンピュータであり、このマイクロコンピュータ内
には、第３図に示すように、中央処理ユニット（ＣＰ
Ｕ）５１と、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）５２と、ラ
ンダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）５３と、スタータスイ
ッチ１６のオフ時にも記憶を保持するバックアップラン
ダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）５４とを含んでいる。こ
のうちのＲＯＭ５２には、メインルーチン、燃料噴射量
制御ルーチン、点火時期制御ルーチン等のプログラム、
これらの処理に必要な種々の固定データ、定数等が格納
されている。さらにマイクロコンピュータ内には、マル
チプレクサを有するＡ／Ｄ変換器５５と、バッファメモ
リを有するＩ／Ｏ装置５６とが組込まれ、これらの５５
と５６は前記５１〜５４とコモンバス５７により互いに
接続されている。

Ａ／Ｄ変換器５５においては、エアフロメータ２５、吸
気温センサ２６等の各センサの出力信号をバッフアを介
してマルチプレクサに入力し、これらのデータをＡ／Ｄ
変換してＣＰＵ５１の指令により所定の時期にＣＰＵ５
１及びＲＡＭ５３あるいは５４へ出力するようにしてい
る。これによりＲＡＭ５３に吸入空気量、吸気温、水温
等の最新検出データを取込み、その所定領域にこれらの
データを格納する。またＩ／Ｏ装置５６においては、ス
ロットルセンサ３２、回転数センサ４３等の各センサの
検出信号を入力し、これらのデータをＣＰＵ５１の指令
により所定の時期にＣＰＵ５１及びＲＡＭ５３あるいは
５４へ出力するようにしている。

ＣＰＵ５１はＲＯＭ５２に記憶されているプログラムに
従って前記各センサにより検出されたデータに基づいて
燃料噴射量を計算し、これに基づくパルス信号をＩ／Ｏ
装置５６を経て燃料噴射弁３８に出力する。すなわち、
基本的には、エアフロメータ２５が検出する吸入空気量
と回転数センサ４３が検出する機関回転数により基本燃
料量を算出し、これを検出吸気温と冷却水温に応じて補
正し、この補正燃料量に対応するパルス信号をＩ／Ｏ装
置５６内の図示しない駆動回路から燃料噴射弁３８に送
るようになっている。

即ち、燃料噴射量ＴＡＵは、 ＴＡＵ＝ｋ×Ｑ／Ｎ×α×ＦＡＦ＋β の式に基づいて決定される。ここで、ｋは定数、Ｑは吸
入空気量、Ｎは機関回転数、αは機関の冷却水温・吸気
温等の補正係数、ＦＡＦは酸素センサの出力信号に基づ
いて定まる補正係数、βはその他の補正係数である。

次に第４図〜第６図に示すフローチャートを参照して制
御装置５０による空燃比制御の一例について説明する。

第４図は、始動時におけるリーンモニタ禁止判定ルーチ
ンを示している。ここでリーンモニタとは、酸素センサ
９の出力信号に基づいてリーンの空燃比状態が所定時間
継続しているかどうかを判定するものである。第４図に
示すルーチンは、メインルーチン中で短時間の間隔で実
行されるものであり、まずステップ４０１にて機関が始
動時であるか否かつまりスタータスイッチ１６の出力が
オンか否かを判別する。スタータスイッチ１６がオフ信
号を出力しているときには、つまり非始動状態にあると
きには、ステップ４０１からステップ４０４に進みこの
ルーチンを終了する。

機関が始動されると、ステップ４０１からステップ４０
２に進み、ここで機関の冷却水温ＴＨＷが１００℃以上
であるか否かを前記水温センサ１５の検出信号に基づい
て判別し、ＴＨＷ＜１００℃であれば、このときの始動
を通常の冷間始動とみなし、ステップ４０５に進んでリ
ーンモニタ禁止フラグをリセットする。ステップ４０５
にてリーンモニタ禁止フラグがリセットされると、次い
でステップ４０４に進んでこのルーチンを終了する。

ＴＨＷ≧１００℃であれば、ステップ４０２からステッ
プ４０３に進んでリーンモニタ禁止フラグをセットす
る。すなわち、機関の始動を高温再始動とみなし、リー
ンモニタ禁止フラグをセットし、次いでステップ４０４
に進んでこのルーチンを終了する。

第５図はリーンモニタの実行判定ルーチンを示してい
る。まずステップ５０１にて高温始動完了後に酸素セン
サ９の出力信号に基づいて空燃比がリーンか否かを判別
する。空燃比がリッチであればステップ５０７に進み、
ここでリーンモニタ用カウンタをクリアし、次いでステ
ップ５０６に進みこのルーチンを終了する。

逆にステップ５０１で空燃比がリーンであれば、ステッ
プ５０２に進みリーンモニタ禁止フラグがセットされて
いるか否かを判別する。ここでリーンモニタ禁止フラグ
がリセットされていれば、ステップ５０５に進みリーン
モニタ用カウンタをカウントアップし、次いでステップ
５０６に進みこのルーチンを終了する。

ステップ５０２にてリーンモニタ禁止フラグがセットさ
れていれば、次のステップ５０３に進み機関冷却水温Ｔ
ＨＷが９０℃以上であるか否かを判別する。ＴＨＷ≧９
０℃であれば、ステップ５０７に進みリーンモニタ用カ
ウンタをクリアする。ＴＨＷ＜９０℃であれば、ステッ
プ５０４に進みリーンモニタ禁止フラグをリセットし、
次いでステップ５０５に進みここでリーンモニタ用カウ
ンタをカウントアップし、次いでステップ５０６に進み
このルーチンを終了する。

次に第６図は、空燃比のフィードバック制御実行判定ル
ーチンを示しており、まずステップ６０１にてリーンモ
ニタ用カウンタがカウントアップされ所定値以上になっ
ているか否かを判別し、リーンモニタ用カウンタが所定
値以下ならば、次のステップ６０２に進み空燃比のフィ
ードバック制御を実行する。ステップ６０１にてリーン
モニタ用カウンタが所定値以上にカウントアップしてい
るのであれば、次のステップ６０３に進み空燃比のオー
プンループによる制御を実行する。この第６図に示すル
ーチンは、短時間の間隔で実行されるものであり、第５
図に示すルーチンのステップ５０７及び５０５の処理を
受けて実行されるものである。

この場合の空燃比フィードバック制御時には、酸素セン
サ９のリッチリーン信号に応じてリッチ時には噴射量を
減少せしめるべく空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦ
を小さくし、逆にリーン時には空燃比フィードバック補
正係数ＦＡＦを大きくして燃料を増量せしめる。オープ
ンループの制御時には、空燃比フィードバック補正係数
をＦＡＦを１．０とし酸素センサ９による空燃比のフィ
ードバック制御を停止する。

このようにして本実施例によれば、高温再始動時には燃
料系統でベーパーが発生している可能性があるため、高
温始動後の酸素センサ９に基づく空燃比信号がリーンで
あれば、ベーパー発生の可能性があるものと判断して、
リーンモニタの作動を禁止し、これによりリーンモニタ
の誤動作を防止している。

一般に高温始動後しばらくの間は燃料系統にベーパーが
発生しやすく空燃比がリーンになりがちであるが、本実
施例では、空燃比がリーンであって始動時の機関冷却水
温が所定値以上である間はリーンモニタの動作を禁止し
たため、通常の空燃比制御が働き、とくに空燃比信号が
リーンである以上空燃比のフィードバック制御により燃
料増量が図られる。

本実施例では、高温始動開始後機関が高温である間、つ
まり機関冷却水温ＴＨＷ≧９０℃のときリーンモニタの
動作を禁止し、燃料系統のベーパー発生に伴うリーンモ
ニタ誤動作を防止する一方、この間空燃比フィードバッ
ク制御による燃料増量を継続して高温始動直後の不安定
なアイドル運転を回避する。

高温始動後図示しない冷却ファンからの冷風、冷却オイ
ルの循環等によりＴＨＷ＜９０℃になると、リーンモニ
タ禁止フラグが解除されてリーンモニタ動作開始により
リーンモニタの制御を復活させて酸素センサの故障等を
検出できるようにしている。

したがって、高温始動開始後機関が所定温度以下に冷却
されるまでリーンモニタの制御を禁止しつつ空燃比フィ
ードバック制御による燃料増量をかけるようにし、機関
冷却水温が所定未満に低下したとき、つまり燃料系統で
ベーパーがほぼ消失した時点でリーンモニタによる制御
を再開するようにしたので、酸素センサ等の故障があっ
たとき、高温始動後のリーンモニタ制御禁止により高温
始動後の僅かな時間は酸素センサの故障等を判別するこ
とができないが、しかし高温始動直後のフィードバック
増量によるアイドル状態の安定化を図りつつ始動後短時
間のうちに酸素センサの故障が発生しているか否かが判
別され、これによりリーンモニタによる酸素センサ等の
故障判別機能を保持していることになる。

又、従来のマイクロコンピュータに組込まれたリーンモ
ニタにより酸素センサ等の故障を判別することができる
ので、別個酸素センサ等の故障等を判別する手段を設け
る必要がなく、本実施例ではコストの面でも有利な点が
多いものといえる。

なお、本実施例においては、フィードバック制御停止開
始遅延手段は、水温センサ１５により検出した機関冷却
水温が所定値未満に低下したときを基準にしてリーン空
燃比の継続判定動作を開始するようにしているが、本発
明では、燃料温度あるいは燃料噴射弁の温度を基準にし
てリーン空燃比の継続判定動作を開始するようにしても
よい。

発明の効果 本発明によれば、高温始動後であっても適切な空燃比補
正がなされ、斯くして安定した機関運転が可能となる。
また、フィードバック制御停止手段の作動が禁止せしめ
られるのは燃料中のベーパーがほぼ消失するまでの期間
とされているために、それ以後に空燃比センサが故障し
た場合等に空燃比が目標空燃比から大きくずれることを
防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的構成を表すブロック図、 第２図は本発明の空燃比制御装置を適用する内燃機関の
一実施例を表す概略構成図、 第３図は本発明の一実施例における制御装置を表す概略
構成図、 第４図、第５図及び第６図はそれぞれ本発明の一実施例
を表すフローチャートである。 １……内燃機関本体、６……点火プラグ、 ９……酸素センサ、１５……水温センサ、 ２１……バッテリ電源、 ２８……スロットルバルブ、３８……燃料噴射弁、 ５０……制御装置、 ５１……中央処理ユニット（ＣＰＵ）、 ５２……リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、 ５３，５４……ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、 ５５……Ａ／Ｄ変換器、５６……Ｉ／Ｏ装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】排気ガス中の特定成分濃度を検出する空燃
   比センサと、 機関シリンダ内に燃料を供給するための燃料供給装置
   と、 前記空燃比センサの出力信号に基づいて前記燃料供給装
   置を制御して空燃比を理論空燃比近傍にフィードバック
   制御するフィードバック制御手段と、 前記空燃比センサの出力信号に基づいて予め定められた
   時間以上リーン空燃比が継続しているか否か判定するリ
   ーンずれ判定手段と、 該リーンずれ判定手段が前記予め定められた時間以上リ
   ーン空燃比が継続していると判定した場合に前記フィー
   ドバック制御手段によるフィードバック制御を停止せし
   めるフィードバック制御停止手段と、 機関の始動時を検出する始動時検出手段と、 機関の高温時を判別する高温時判別手段と、 前記始動時検出手段と前記高温時判別手段とに基づいて
   機関が高温時に始動されたことを検出した場合前記燃料
   供給装置に供給される燃料中のベーパーがほぼ消失する
   までの期間は前記フィードバック制御停止手段の作動を
   禁止せしめ、前記予め定められた時間以上リーン空燃比
   が継続しても前記フィードバック制御を強制的に実行せ
   しめるフィードバック制御強制実行手段と、 を備えた内燃機関の空燃比制御装置。