JPH0625553B2 - 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
イドル運転状態が比較的不安定になったりする場合があ
る。

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させている。

ところで、空燃比のフィードバック制御は空燃比センサ
（酸素センサ）のリーン信号がリッチ信号に切換ったと
き開始されるシステムでは、高温始動時に酸素センサに
基づく信号がリーンからリッチに切換るまで長い時間が
かかりなかなか空燃比のフィードバック制御による燃料
増量がかからないことがある。そのため、高温始動時に
酸素センサの出力信号にかかわらず空燃比のフィードバ
ックによりアイドル状態を安定にしている装置が知られ
ている（特開昭５９−９０７４０号）。

発明が解決しようとする問題点 しかし、この従来の空燃比制御装置によれば、高温始動
後酸素センサの出力信号にかかわらず燃料量を一律に増
量すると、燃料系でのベーパー発生状況によっては、燃
料を増量しすぎることになる。即ち、ベーパーに応じた
燃料増量がかからないという問題がある。

特に従来の空燃比制御装置であって、センサの故障等に
より信号が異常となったとき緊急用のデータに切換えて
マイコン制御する機能（フェイルセイフ機能）を備えた
ものにあっては、燃料量を演算するための空燃比フィー
ドバック補正係数に上下限値を一義的に設定しているた
め、高温始動時に燃料系統で発生したベーパに起因する
空燃比リーンを十分に補正できないという問題がある。

本発明の目的は、このような問題点を解決することにあ
り、即ち高温始動後燃料系でのベーパー発生状況に応じ
て燃料増量を適切にはかることにある。

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の出力信号に基づく
空燃比フィードバック補正値により空燃比を理論空燃比
近傍にフィードバックするようにしており、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、前記空燃比センサの出力信号に基
づいて所定時間以上リーン空燃比が継続しているか否か
を判定し、所定時間以上リーン空燃比が継続している場
合に前記フィードバック制御を停止するフィードバック
制御停止手段と、前記始動時検出手段と前記高温時判別
手段に基づいて高温始動完了時を検出した場合に前記フ
ィードバック制御停止手段の動作の開始を所定時間遅ら
すフィードバック制御停止開始遅延手段と、フィードバ
ック制御停止開始遅延手段によりフィードバック制御停
止手段の動作の開始が遅延されている期間、前記空燃比
フィードバック補正係数の上限値を通常のフィードバッ
ク制御時よりも大きい値に設定制限する空燃比フィード
バック補正係数制限手段とを有して構成される。

作用 本発明によれば、まず始動時検出手段と高温時判別手段
に基づいて機関の始動完了時に機関が高温状態にあるか
否かを判別する。

機関が高温始動状態にあることが判別されると、空燃比
センサの出力信号に基づいてリーン空燃比が所定時間以
上継続していることが判定された場合のフィードバック
制御の停止動作の開始時期をフィードバック制御停止開
始遅延手段により所定時間だけ遅延する。

フィードバック制御停止開始遅延手段の働きで高温始動
状態検出後リーン空燃比の判定動作の開始を所定時間だ
け遅延し、所定時間経過後フィードバック制御停止手段
によりリーン空燃比が所定時間以上継続しているか否か
の判定動作を開始する。

この時リーン空燃比が所定時間以上継続していると判定
されれば、フィードバック制御停止手段により空燃比の
フィードバック制御を停止し、オープンループの制御に
切換える。

逆にリーン空燃比が所定時間継続する前にリッチ空燃比
に切換わった場合には、空燃比のフィードバック制御を
継続する。

フィードバック制御停止手段の動作の開始が遅延されて
いる期間中は、空燃比フィードバック補正係数制限手段
により、空燃比フィードバック制御の際の燃料噴射量を
演算するための空燃比フィードバック補正係数の上限値
を通常の運転時における空燃比フィードバック補正係数
の値よりも大きい値に設定する。

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はイ
グニッションスイッチ、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、イグニッショ
ンスイッチ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ァを介
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
いて定まる空燃比フィードバック補正係数、βはその他
の補正係数である。

このうちの空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦの上限
値と下限値の間の範囲は、機関の高温再始動時であって
後述するリーンモニタによるリーン空燃比の継続時間の
判定動作を禁止している期間、通常の空燃比フィードバ
ック運転時における空燃比フィードバック補正係数ＦＡ
Ｆの上限値と下限値の範囲よりも大きく設定する。即
ち、例えば通常の運転時における空燃比フィードバック
補正係数ＦＡＦは、 ０．８０≦ＦＡＦ≦１．２０ の範囲に設定し、高温始動時のリーンモニタ動作禁止時
における空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦは、 ０．８０≦ＦＡＦ≦１．３０ の範囲に設定する。

次に第４図〜第７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にて機関がク
ランキング中即ち始動時であるか否かをイグニッション
スイッチ１６の出力がオンか否かで判別する。始動時で
なければステップ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
ーンモニタディレーカウンタをクリアする。ステップ４
０５にてリーンモニタディレーカウンタがクリアされる
と、リーンモニタの禁止を解除し、次いでステップ４０
４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ディレーカウンタのカウ
ンタ値Ｃ_ｔを所定値Ｃ_０にセットする。すなわち、機関
の始動を高温再始動とみなし、リーンモニタディレーカ
ウンタのカウンタ値Ｃ_ｔがＣ_ｔ＝０に減算されるまでの
間、リーンモニタの動作を禁止する。ステップ４０３に
てリーンモニタディレーカウンタのカウンタ値Ｃ_ｔがＣ
_０にセットされると、第５図に示すルーチンのように、
カウンタ値Ｃ_ｔをステップ５０２、５０３にて１秒当り
１ずつ減算し、こうして高温再始動を開始してからＣ_０
秒を計数する。

第６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６０１にて酸素センサ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６０４に進み、ここでリーンモ
ニタ用カウンタをクリアする。

逆に、ステップ６０１で空燃比がリーンであれば、ステ
ップ６０２に進みリーンモニタディレーカウンタのカウ
ンタ値Ｃ_ｔがＣ_ｔ＝０であるか否かを判別する。つま
り、高温始動後にリーンモニタディレーカウンタがＣ_０
秒をカウントしたか否かを判別する。

空燃比がリーンでリーンモニタディレーカウンタのカウ
ンタ値がＣ_ｔ≠０であれば、ステップ６０５に進みリー
ンモニタ用カウンタをクリアする。Ｃ_ｔ＝０であれば、
ステップ６０３に進みリーンモニタ用カウンタが所定の
カウンタ値Ｃ_１を計数するまでカウントアップする。リ
ーンモニタ用カウンタが所定のカウンタ値Ｃ_１を計数す
るまでの間に空燃比信号がリッチに切換れば、ステップ
６０１からステップ６０４に進んでリーンモニタ用カウ
ンタをクリアする。

次に第７図に示す空燃比フィードバック実行判定ルーチ
ンについて説明すると、まずステップ７０１にてリーン
モニタ用カウンタが所定のカウント値Ｃ_１を計数したか
否かを判別する。すなわち、第６図に示すステップ６０
３におけるリーンモニタ用カウンタがカウントアップし
続けているときであって、所定のカウンタ値Ｃ_１に達し
ていなければ、ステップ７０１からステップ７０２に進
んで空燃比フィードバック制御を実行する。ステップ７
０１にてリーンモニタ用カウンタのカウンタ値が所定の
カウンタ値Ｃ_１に到達したらステップ７０３に進み空燃
比制御をオープンループ制御に切換える。

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。

次に第８図に示す空燃比フィードバック処理ルーチンに
ついて説明する。

ステップ８０１にて酸素センサ、水温センサ等の出力に
基づいて空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦを計算す
る。ＦＡＦの計算は周知の事項であるのでその詳細は省
略するが、酸素センサ出力がリッチの時はＦＡＦを漸減
させリーンの時はＦＡＦを漸増させ、またリッチからリ
ーンもしくはリーンからリッチへ反転した時には各々所
定量スキップさせることによりＦＡＦを求めることがで
きる。次いでステップ８０２にてリーンモニタディレー
カウンタのカウンタ値Ｃ_ｔがＣ_ｔ＝０か否かを判定す
る。

Ｃ_ｔ＝０であれば、ステップ８０２から８０６に進み、
ここで空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦの上限値を
１．２に下限値を０．８にそれぞれ設定し、次いでステ
ップ８０４に進む。Ｃ_ｔ≠０であれば、ステップ８０２
から８０３に進み、ここで空燃比フィードバック補正係
数ＦＡＦの上限値を１．３に下限値を０．８にそれぞれ
設定し次いでステップ８０４に進む。リーンモニタディ
レーカウンタがカウントしている間つまりリーンモニタ
の作動を禁止している期間は、空燃比フィードバック補
正係数ＦＡＦの上限値を通常の運転時における空燃比フ
ィードバック補正係数ＦＡＦの上限値よりも高めに設定
している。

ステップ８０４では空燃比フィードバック補正係数ＦＡ
Ｆの上下限値をチェックし、次いでステップ８０５に進
みここでＦＡＦの最終値を決定する。ＦＡＦの最終値が
決定されると、この値を燃料噴射量ＴＡＵの前記計算式
に代入し、燃料噴射量ＴＡＵの最終値が決定される。

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
温始動後リーンモニタディレーカウンタが所定値Ｃ_０を
計数するまでリーンモニターの動作を停止し、ディレー
時間の経過後酸素センサ９に基づく空燃比信号がリーン
であれば、ディレー時間の経過後リーンモニタを作動す
るようにしている。

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、高温
始動後所定時間の間はリーンモニタディレーカウンタに
よりリーンモニタが作動しないため、通常の空燃比制御
が働き、特に空燃比信号がリーンである以上空燃比フィ
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、高温始動開始後所定時間リーンモニタの
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。

高温始動後所定時間経過後は、リーンモニタの動作が開
始され、該リーンモニタ動作開始後リーンモニタ制御を
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による燃料増量をかけるよ
うにし、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等が発生して
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。

また、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利点が多い
ものとなる。

さらに本実施例では、高温再始動時にリーンモニタの動
作を禁止し、かつ酸素センサの出力信号に基く空燃比フ
ィードバック制御を実行している期間、空燃比フィード
バック補正係数ＦＡＦの上限値を通常の運転時における
ＦＡＦの上限値よりも高めに設定しているので、リーン
空燃比の状態が継続していれば、前述の燃料増量補正に
よりアイドル運転状態を早期に安定することができると
共に、高温再始動時のエンジンストールを確実に回避す
ることができる。

なお、本実施例のリーンモニタディレーカウンタによる
ディレー時間は、一義的に設定したが、本発明ではディ
レー時間を機関の種類、冷却水温等に応じて（例えば冷
却水温が高い程ディレー時間を長くするように）変化さ
せるようにしてもよい。

また本発明に係る空燃比フィードバック補正係数ＦＡＦ
の上限値と下限値は、本実施例で記載した値に限定され
るものではない。

発明の効果 以上説明したように本発明によれば、高温始動後に燃料
系統でベーパーが発生しやすい場合、空燃比フィードバ
ック制御による燃料増量を実行することによりオーバー
リーンを回避して安定したアイドル運転状態を確保する
と共に、高温始動直後の所定時間の間リーンモニタの制
御を禁止することによりリーンモニタの誤動作を防止し
該所定時間経過後リーンモニタの制御復活により酸素セ
ンサ等の故障等を確実に検出することができるという効
果がある。

また本発明によると、高温始動後リーンモニタにより空
燃比がリーンの状態を検出し続けたときであっても、空
燃比フィードバック制御を実行しているので、ベーパー
の発生が少なく空燃比がリッチになれば燃料増量を減少
せしめることができ、その結果高温始動後に長時間燃料
増量をかけ続けるという事態を回避し、無用な燃料増量
を防止することができるという利点もある。

本発明では、高温始動時の空燃比フィードバック制御を
実行している期間、燃料噴射弁から噴射される噴射１回
当たりの燃料量の上下限値の範囲が通常のフィードバッ
ク運転時における範囲よりも広く設定されているので、
最適な空燃比フィードバック補正を早期に実行し、高温
再始動時のアイドル不安定を確実に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、第６図、第７図、第８図は夫々本発明
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
   比センサの出力信号に基づく空燃比フィードバック補正
   値により空燃比を理論空燃比近傍にフィードバック制御
   する内燃機関の空燃比制御装置において、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、前記空燃比センサの出力信号に基づ
   いて所定時間以上リーン空燃比が継続しているか否かを
   判定し、所定時間以上リーン空燃比が継続している場合
   に前記フィードバック制御を停止するフィードバック制
   御停止手段と、前記始動時検出手段と前記高温時判別手
   段に基づいて高温始動完了時を検出した場合に前記フィ
   ードバック制御停止手段の動作の開始を所定時間遅らす
   フィードバック制御停止開始遅延手段と、フィードバッ
   ク制御停止開始遅延手段によりフィードバック制御停止
   手段の動作の開始が遅延されている期間、前記空燃比フ
   ィードバック補正係数の上限値を通常のフィードバック
   制御時よりも大きい値に設定制限する空燃比フィードバ
   ック補正係数制限手段とを有していることを特徴とする
   内燃機関の空燃比制御装置。