JPH0849581A

JPH0849581A - 内燃機関の空燃比制御装置

Info

Publication number: JPH0849581A
Application number: JP18597394A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Takahashi; 秀明高橋; Masayoshi Nishizawa; 公良西沢
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1994-08-08
Filing date: 1994-08-08
Publication date: 1996-02-20
Anticipated expiration: 2016-01-09
Also published as: JP3123357B2

Abstract

(57)【要約】【目的】機関始動後におけるリーン化制御を最適なもの
とする。【構成】始動後経過時間（ｔ）に基づいてバルブ温度
（Ｔｖ）を推定し（Ｓ１５，Ｓ１６）、当該バルブ温度
（Ｔｖ）での燃料の霧化状態に対応したリーン補正係数
Ｄを求める（Ｓ１７）。そして、この求めたリーン補正
係数Ｄにより、燃料の霧化状態に対応させて目標リーン
空燃比（即ち、ＴＩ）を補正するようにする（図３のフ
ローチャートのＳ４，Ｓ６参照）。従って、従来に比
べ、冷却水温（Ｔｗ）が変化しない場合であっても、実
際には燃料の霧化状態（吸気バルブ近傍温度）が変化し
てリーン限界値が変化しているような場合に対応するこ
とができるので、失火や機関ストールの発生を確実に防
止しつつ、最大限、触媒の早期活性化と未燃燃料分の排
出の低減とを図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の空燃比制御
装置に関し、特に始動後に機関吸入混合気の空燃比を希
薄空燃比（リーン空燃比）に制御する装置の改良に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、内燃機関にあっては、触媒の
早期活性化と未燃燃料（ＨＣ）分の排出を低減するため
に、始動後の所定時間内において、機関吸入混合気の空
燃比をリーン化（希薄空燃比化、例えば吸入空気重量／
燃料重量（Ａ／Ｆ）＝１８程度に設定）する空燃比制御
装置がある。

【０００３】ところで、実際の機関においては、機関の
暖機状態（燃料の霧化状態等）によって、実際に燃焼室
内に吸入される混合気の空燃比が変化する。従って、目
標のリーン空燃比が得られるように空燃比制御量（例え
ば、燃料供給量や吸入空気流量）を制御しても、実際の
燃焼室内での空燃比は前記目標のリーン空燃比とはなら
ない場合があり、失火や機関ストールが発生し易くなる
所謂リーン限界を一定に設定しておくと、リーン限界を
越える場合や、逆に、リーン限界まで十分余裕がある空
燃比の混合気が吸入される場合がある。この場合に、前
者にあっては失火や機関ストールを招き、後者にあって
は十分に触媒の早期活性化と未燃燃料（ＨＣ）分の排出
を低減できないという問題がある。

【０００４】そこで、特開昭６０−２３０５３２号公報
等では、機関温度（具体的には冷却水温）に応じてリー
ン限界（目標リーン空燃比）を異ならせるようにして、
失火や機関ストールを防止しつつ、触媒の早期活性化と
未燃燃料（ＨＣ）分の排出の低減を図れるようにしてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、冷却水
は、多量であるため熱容量が大きく、またシリンダヘッ
ド壁やシリンダブロック壁等を介して燃焼熱を受けるの
で、燃焼熱の影響を急激には受けないため、緩やかな速
度で昇温する傾向であるのに対し、燃料の霧化状態（即
ちリーン限界）に影響の大きな吸気バルブ近傍（燃料噴
霧は、当該バルブ近傍に衝突して霧化される）の温度
は、吸気バルブが燃焼室に直接に面していると共に熱容
量が小さいため、始動後の燃焼熱の影響を受けて急速に
昇温する傾向にある。

【０００６】従って、冷却水温はあまり上昇しなくて
も、吸気バルブ近傍温度は大きく上昇している場合があ
り、この場合には、燃料の霧化状態が良い方向へ変化し
ているので、特開昭６０−２３０５３２号公報のよう
に、冷却水温に合わせてリーン限界（目標リーン空燃
比）を設定しても、実際のリーン限界まで十分余裕があ
る目標リーン空燃比に設定されていることになる。つま
り、特開昭６０−２３０５３２号公報のものでは、吸気
バルブ近傍温度の上昇途中（燃料の霧化状態の変化途
中）にあっては、未だ十分に触媒の早期活性化と未燃燃
料（ＨＣ）分の排出の低減を図れていないという問題が
あった（図12参照）。

【０００７】本発明は、このような従来の問題に鑑みな
されたもので、機関始動後におけるリーン化制御を最適
なものとして、確実に失火や機関ストールの発生を防止
しつつ、最大限に触媒の早期活性化と未燃燃料分の排出
の低減とを図ることができる内燃機関の空燃比制御装置
を提供することを目的とする。また、当該制御におい
て、高精度化、簡略化を図ることも本発明の目的であ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１に記
載の発明にかかる内燃機関の空燃比制御装置では、図１
に示すように、機関始動後所定時間内において、機関吸
入混合気の空燃比が、機関の冷却水温度に応じて設定さ
れた目標リーン空燃比となるように、空燃比の制御量を
制御するリーン化制御手段を備えた内燃機関の空燃比制
御装置において、供給燃料の付着部温度に基づいて供給
燃料の霧化状態を推定する燃料霧化状態推定手段Ａと、
前記燃料霧化状態推定手段Ａにより推定した供給燃料の
霧化状態に基づいて、前記目標リーン空燃比を補正する
目標リーン空燃比補正手段Ｂと、を備えるようにした。

【０００９】請求項２に記載の発明では、上記構成の空
燃比制御装置が、始動後の機関の総発熱量に関連する値
に基づいて供給燃料の付着部温度を推定する供給燃料付
着部温度推定手段を備えるように構成にした。請求項３
に記載の発明では、前記始動後の機関の総発熱量に関連
する値が、機関始動後経過時間であるように構成した。

【００１０】請求項４に記載の発明では、前記始動後の
機関の総発熱量に関連する値が、冷却水温度の変化であ
るように構成した。請求項５に記載の発明では、前記目
標リーン空燃比補正手段Ｂにおける目標リーン空燃比の
補正を、前記燃料霧化状態推定手段Ｂにより推定した供
給燃料の霧化状態に基づいて、リーン化制御開始時の冷
却水温度に応じて設定される第１目標リーン空燃比と、
冷却水温度が平衡状態となったときに設定される第２目
標リーン空燃比と、を補間演算することにより行うよう
にした。

【００１１】

【作用】上記の構成を備える請求項１に記載の発明は、
機関始動後所定時間内において、供給燃料の霧化状態へ
の影響度合いが大きい供給燃料の付着部（例えば、吸気
バルブや吸気ポート壁等）の温度に基づいて（実測或い
は推定により可能）、供給燃料の霧化状態を推定し、当
該推定した供給燃料の霧化状態に基づいて、機関冷却水
温度に応じて設定される目標リーン空燃比を補正して、
リーン化制御を行うようにする。これにより、従来の装
置に比べて、冷却水温度が変化していないような場合で
あっても、実際には燃料の霧化状態（供給燃料の付着部
温度）が変化してリーン限界値が変化しているような場
合に対応することができるので、機関始動後におけるリ
ーン化制御を最適化することができ、以って失火や機関
ストール等の発生を確実に防止しつつ、最大限、触媒の
早期活性化と未燃燃料（ＨＣ）分の排出の低減とを図る
ことができる。

【００１２】請求項２に記載の発明では、始動後の機関
の総発熱量に関連する値に基づいて供給燃料付着部温度
を推定する供給燃料付着部温度推定手段を備え、当該推
定した供給燃料付着部温度に基づいて供給燃料の霧化状
態を推定するようにする。つまり、始動後の機関の燃焼
熱の発生量（例えば、始動後の機関負荷Ｔｐや吸入空気
流量Ｑの積分値等から算出可能）に、熱容量の小さな供
給燃料付着部の温度は大きく影響されるので、この機関
の総発熱量に基づけば、高精度に供給燃料付着部温度を
推定することができ、以って高精度に供給燃料の霧化状
態を推定することができる。

【００１３】請求項３に記載の発明では、前記始動後の
機関の総発熱量に関連する値を、機関始動後経過時間と
して、供給燃料付着部温度を推定する構成としたので、
簡単な構成により、燃料付着部温度の推定、延いては供
給燃料の霧化状態を推定することができる。請求項４に
記載の発明では、前記始動後の機関の総発熱量に関連す
る値を、冷却水温度の変化として、供給燃料付着部温度
を推定する構成としたので、請求項３に記載の発明のよ
うに、供給燃料付着部が受ける燃焼熱は一定であるとし
たものに比べて、燃焼の仕方（負荷Ｔｐ等）の違いによ
るバルブ昇温特性の違いを加味することができるので、
簡単な構成で、かつ、より高精度に供給燃料付着部温度
の推定、延いては供給燃料の霧化状態を推定することが
できる。

【００１４】請求項５に記載の発明では、前記目標リー
ン空燃比補正手段における目標リーン空燃比の補正を、
前記燃料霧化状態推定手段により推定した供給燃料の霧
化状態に基づいて、リーン化制御開始時の冷却水温度に
応じて設定される第１目標リーン空燃比と、冷却水温度
が平衡状態となったときに設定される第２目標リーン空
燃比と、を補間演算することにより行わせるようにした
ので、供給燃料の霧化状態の変化途中におけるリーン限
界値（補正後の目標リーン空燃比）を、最もリッチ側の
リーン限界値（第１目標リーン空燃比）と、最もリーン
側のリーン限界値（第２目標リーン空燃比）との間に確
実に設定できるので、補正後の目標リーン空燃比が実際
のリーン限界から大きく外れることを容易に防止できる
と共に、補間演算の仕方によっては、触媒の早期活性化
と未燃燃料（ＨＣ）分の排出の低減を十分図りつつ、ス
トール等の発生を確実に防止できる安定側に（所定量リ
ッチ方向にシフトさせた）リーン限界を簡単に設定でき
ることになる。

【００１５】

【実施例】以下に、本発明の実施例を図面に基づいて説
明する。本発明の第１の実施例を示す図２において、機
関１の吸気通路２にはエアクリーナを介して吸入される
吸気の吸入空気流量Ｑを検出するエアフローメータ３及
びアクセルペダルと連動して吸入空気流量Ｑを制御する
絞り弁４が設けられている。前記絞り弁４下流のマニホ
ールド部分５には、気筒毎に、吸気弁（図示せず）に向
けて燃料を噴射供給するように配設された電磁式の燃料
噴射弁６が設けられる。

【００１６】この燃料噴射弁６は、後述するコントロー
ルユニット50からの噴射パルス信号によって開弁駆動さ
れ、図示しない燃料ポンプから圧送されてプレッシャレ
ギュレータにより所定圧力に制御された燃料を所定量噴
射供給する。なお、燃焼室に吸入された混合気は、各気
筒に設けられた点火栓７により所定タイミングで点火燃
焼されるようになっている。

【００１７】機関１の排気通路８には、マニホールド集
合部に排気中の酸素濃度を検出することによって吸入混
合気の空燃比を検出する空燃比検出手段としての酸素セ
ンサ９が設けられ、その下流側に理論空燃比近傍で最大
に排気中のＣＯ，ＨＣの酸化作用、ＮＯ_Xの還元作用を
発揮して、排気を浄化する排気浄化触媒としての三元触
媒10が設けられる。

【００１８】なお、この酸素センサ９は、排気中の酸素
濃度に応じた電圧を出力し、この電圧と、予め定めたス
ライスレベルＳＬ（例えば、理論空燃比相当）と、を比
較することで、空燃比のリッチ・リーン判定を行うこと
ができるようになっている。ところで、本発明の燃料霧
化状態推定手段、目標リーン空燃比補正手段、供給燃料
付着部温度推定手段としての機能を兼ね備えるコントロ
ールユニット50は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ａ／Ｄ変
換器及び入出力インタフェイス等を含んで構成されるマ
イクロコンピュータからなり、各種センサからの入力信
号を受け、後述するような各種制御を行うようになって
いる。

【００１９】前記各種のセンサとしては、前述の酸素セ
ンサ９、エアフローメータ３があり、他に、機関１のク
ランク軸或いはカム軸には、クランク角センサ11が設け
られており、該クランク角センサ11から機関回転と同期
して出力されるクランク単位角信号を一定時間カウント
して、または、クランク基準角信号の周期を計測して機
関回転速度Ｎｅを検出するようになっている。

【００２０】なお、機関１の冷却ジャケットに臨んで水
温センサ12が設けられており、冷却水温Ｔｗを検出する
ようになっている。以下に、コントロールユニット50が
行う燃料噴射量の演算ルーチンについて、図３のフロー
チャートに従って説明する。ステップ（図では、Ｓと記
してある。以下、同様）１では、エアフローメータ３か
らの電圧信号から求められる吸入空気流量Ｑと、クラン
ク角センサ11からの信号から求められる機関回転速度Ｎ
ｅと、から基本燃料噴射パルス幅（燃料噴射量に相当）
Ｔｐ＝ｋ×Ｑ／Ｎｅ（ｋは定数）を演算する。

【００２１】ステップ２では、高負荷・高回転域での増
量補正のための空燃比補正係数（Ｋ _MR＋Ｋ_TMR）や、低
水温時に強制的にリッチ側に補正する水温補正係数（Ｋ
ｗ）や、始動及び始動後増量補正係数（Ｋas）等から、
各種補正係数ＣＯＥＦ（１＋Ｋ_MR＋Ｋ_TMR＋Ｋｗ＋Ｋas
＋・・・）を設定する。ステップ３では、酸素センサ９
のリッチ・リーン反転信号に基づく空燃比フィードバッ
ク制御において設定された空燃比フィードバック補正係
数αを読み込む。

【００２２】上記の空燃比フィードバック補正係数α
は、燃料噴射弁６の製品誤差等を補正すべく、所定の場
合（例えば、リーン化制御時、始動時、酸素センサの活
性化前、高負荷時、加・減速時等）を除いて、酸素セン
サ９のリッチ・リーン反転出力に基づいて比例積分（Ｐ
Ｉ）制御により増減されるもので、これにより燃焼用混
合気の空燃比を目標空燃比（理論空燃比）近傍にフィー
ドバック制御するようになっている。なお、リーン化制
御中は、前回運転時の空燃比フィードバック補正係数α
の平均値をαとしてクランプして、燃料噴射弁６の製品
誤差等を排除した状態でリーン化制御を行うようにする
のが好ましいが、所謂空燃比フィードバック補正係数α
の学習機能を有していれば、この学習値Ｋを後述のＴＩ
に乗じて、αを所定の値（例えば、1.0 ）にクランプす
るようにしてもよい。

【００２３】ステップ４では、運転状態（例えば回転速
度Ｎｅと負荷Ｔｐ）から定まるリーン化目標値Ｃを、テ
ーブル検索等して求める。当該リーン化目標値Ｃが、本
発明にかかるリーン化制御手段に相当する。ステップ５
では、バッテリ電圧低下による噴射弁６の開弁時間補正
のための電圧補正分ＴＳを設定する。

【００２４】ステップ６では、最終的な有効燃料噴射パ
ルス幅ＴＩ＝Ｔｐ×（ＣＯＥＦ−〔Ｃ＋Ｄ〕）×α＋Ｔ
ｓ）を演算する。なお、上記Ｄは、後述するようにし
て、バルブ温度Ｔv （即ち、吸気バルブ近傍、或いは供
給燃料付着部温度に相当する）から求めるリーン補正係
数である（図８参照）。なお、当該リーン補正係数Ｄ
が、本発明にかかる目標リーン空燃比補正手段を構成す
る。

【００２５】ステップ７では、有効燃料噴射パルス幅Ｔ
Ｉを駆動パルス信号として燃料噴射弁６に送り、燃料噴
射を行う。次に、リーン補正係数Ｄの設定ルーチンにつ
いて、図４のフローチャートに従って説明する。ステッ
プ11では、スタートスイッチ（ＳＴ／ＳＷ）がＯＮから
ＯＦＦになったか否かを判断する。つまり、機関の始動
が完了したか否かを判断する。従って、例えば、機関回
転速度Ｎｅが所定回転速度（例えば、クランキング回転
速度）以上となったか否か等に基づいて判断するように
してもよい。

【００２６】ＹＥＳであればステップ12へ進み、ＮＯで
あればステップ13へ進む。ステップ12では、カウンタを
リセットする（ｔ＝０）。ステップ13では、リーン化制
御許可条件成立か否かを判断する。かかる判断は、始動
後所定時間経過後（例えば、始動及び始動後増量制御終
了後）に、冷却水温Ｔｗが所定範囲内にあること等に基
づいて行われる。これは、冷却水温Ｔｗが所定値以下
（極低温時等）では、リーン化すると失火やストールが
発生し易く安定した機関運転を確保できない場合がある
ため、ストイキ或いはリッチ側に空燃比を制御して、リ
ーン化制御は行わないようにする必要があるためであ
る。また、冷却水温Ｔｗが比較的高い再始動時等は、三
元触媒10が活性化し易い状態にあるので、リーン化制御
を行わなくても、再始動後短時間に酸素センサ９の信号
に基づく理論空燃比近傍への空燃比フィードバック制御
によって排気の浄化が十分に行えるからである。

【００２７】ＹＥＳであればステップ14へ進み、ＮＯで
あればステップ18へ進む。ステップ14では、現在の冷却
水温（Ｔｗ）を読み込む。ステップ15では、始動後経過
時間（ｔ）に基づいて、バルブ補正温度（Ｔv₁）を求め
る。つまり、始動後経過時間（ｔ）に対するバルブ昇温
特性（図９参照）、即ち、Ｔv₁＝ｆ（ｔ）の関係を予め
把握しておいて、これにより、バルブ補正温度（Ｔv₁）
を求める。或いは、図10に示すようなテーブル等を検索
することで求めるようにしてもよい。

【００２８】ステップ16では、現在の冷却水温（Ｔｗ）
と、バルブ補正温度（Ｔv₁）と、を合計して、現在のバ
ルブ温度（Ｔｖ）を求める。このように、現在のバルブ
温度（Ｔｖ）を求めるに際し、冷却水温（Ｔｗ）と、バ
ルブ補正温度（Ｔv₁）と、を合計するようにしたのは、
前述したように、冷却水温（Ｔｗ）は燃焼の影響が少な
く、バルブ補正温度（Ｔv₁）は燃焼に大きく影響される
ため、つまり、冷却水温（Ｔｗ）が高くても低くても、
始動開始後のバルブの昇温特性には大きな影響がないの
で、経過時間に対するバルブの昇温特性を別個に求め、
これを現在の冷却水温度（Ｔｗ）に上乗せして求めるよ
うにすれば、現在のバルブ温度（Ｔｖ）を精度よく簡単
なロジックで求めることができるからである。勿論、テ
ーブルの記憶容量が多くなるが、始動時の冷却水温毎
に、経過時間に対するバルブ温度変化をテーブル等に記
憶しておいて、始動時の冷却水温と経過時間とに基づい
てテーブル検索して、現在のバルブ温度（Ｔｖ）を求め
るようにしてもよい。

【００２９】上記ステップ15，16が、本発明の供給燃料
付着部温度推定手段に相当する（請求項３に記載の発明
に対応）。ステップ17では、当該バルブ温度（Ｔｖ）に
基づいて、燃料の霧化状態を補正するためのリーン補正
係数Ｄを、予め定めた関数ｆ（Ｔｖ）から求め（或い
は、テーブル等を検索することで求めるようにしてもよ
い）、当該求めたリーン補正係数Ｄを、図３のフローチ
ャートでの有効燃料噴射パルス幅ＴＩの演算に用いる。

【００３０】当該ステップ17が、本発明の燃料霧化状態
推定手段を構成する。ステップ18では、カウントアップ
して、上記フローを所定カウント値になるまで繰り返
す。なお、所定のカウント値になった後は（或いは、冷
却水温が所定温度以上となった後は）、燃料の霧化状態
が平衡状態となるので、従来同様に、冷却水温Ｔｗに応
じて設定されるバルブ温度平衡後（燃料の霧化状態平衡
後）の目標リーン空燃比（リーン限界値）が得られるよ
うに、リーン補正係数Ｄを1.0 にセットして、リーン化
制御を行う。更に、三元触媒10が活性化した後は、リー
ン化制御を停止して、通常の空燃比フィードバック制御
（酸素センサ９による空燃比フィードバック制御等）へ
移行させるようになっている。

【００３１】このように、第１の実施例によれば、始動
後経過時間に基づいてバルブ温度を推定し、これに基づ
いて燃料の霧化状態に相当するリーン補正係数Ｄを求
め、この求めたリーン補正係数Ｄにより、燃料の霧化状
態に対応させて目標リーン空燃比（リーン限界値）を補
正するようにしたので、従来に比べ、冷却水温（Ｔｗ）
が変化しない場合であっても、実際には燃料の霧化状態
（吸気バルブ近傍温度）が変化してリーン限界値が変化
しているような場合に対応することができるので、失火
や機関ストールの発生を防止しつつ、最大限、触媒の早
期活性化と未燃燃料（ＨＣ）分の排出の低減とを図るこ
とができ、以って最適なリーン化制御を行うことができ
る。

【００３２】つづいて、本発明の第２の実施例について
説明する。第２の実施例では、第１の実施例と全体構成
が同一であり、コントロールユニット50が行うリーン補
正係数Ｄの設定ルーチンが異なるのみであるので、全体
構成についての説明は省略し、コントロールユニット50
の制御部分についてのみ説明する。

【００３３】なお、第１の実施例が始動後経過時間
（ｔ）に基づいてバルブ温度（Ｔｖ）を推定して燃料の
霧化状態を推定したのに対し、第２の実施例では、冷却
水温（Ｔｗ）の変化に基づいてバルブ温度（Ｔｖ）を推
定して燃料の霧化状態を推定し、リーン補正係数Ｄを求
めるようにしている。以下に、添付の図５のフローチャ
ートに従って説明する。

【００３４】ステップ21では、第１の実施例同様にし
て、スタートスイッチ（ＳＴ／ＳＷ）がＯＮからＯＦＦ
になったか否かを判断する。ＹＥＳであればステップ22
へ進み、ＮＯであればステップ24へ進む。ステップ22で
は、始動時の冷却水温Ｔｗを読み込み、Ｔｗ₁として記
憶する。ステップ23では、第１の実施例同様にして、リ
ーン化制御許可条件成立か否かを判断する。ＹＥＳであ
ればステップ24へ進み、ＮＯであれば本フローを終了す
る。

【００３５】ステップ24では、現在の冷却水温Ｔｗを読
み込み、Ｔｗ₂として記憶する。ステップ25では、温度
差ΔＴｗ（＝Ｔｗ₂−Ｔｗ₁）を求める。ステップ26で
は、バルブ補正温度（Ｔv₁）を、水温の温度差ΔＴｗ
（＝Ｔｗ₂−Ｔｗ₁）に基づいて求める。つまり、冷却
水温Ｔｗの始動後からの変化に基づいてバルブ昇温特性
「Ｔv₁＝ｆ（ΔＴｗ）」の関係を予め把握しておいて、
これに基づいてバルブ補正温度（Ｔv₁）を求める。或い
は、図10に示すようなテーブル等を検索することで求め
るようにしてもよい。このように、冷却水温Ｔｗの変化
に基づいて、バルブ昇温特性を把握するようにしている
ので、第１の実施例のように、吸気バルブが受ける燃焼
熱は一定であるとしたものに比べて、燃焼の仕方（負
荷）の違いによるバルブ昇温特性の違いを加味すること
ができるので、より高精度にバルブ補正温度（Ｔv₁）を
求めることができる。

【００３６】ステップ27では、現在の冷却水温（Ｔ
ｗ₂）と、バルブ補正温度（Ｔv₁）と、を合計して、現
在のバルブ温度（Ｔｖ）を求める。上記ステップ26，27
が、本発明にかかる供給燃料付着部温度推定手段を構成
する（請求項４に記載の発明に対応）。ステップ28で
は、当該バルブ温度（Ｔｖ）に基づいて、燃料の霧化状
態を補正するためのリーン補正係数Ｄを、予め定めた関
数ｆ（Ｔｖ）から求め（或いは、テーブル等を検索する
ことで求めるようにしてもよい）、当該求めたリーン補
正係数Ｄを、図３のフローチャートでの有効燃料噴射パ
ルス幅ＴＩの演算に用いる。

【００３７】そして、始動後所定時間経過した後は（或
いは、冷却水温が所定温度以上となった後は）、燃料の
霧化状態が平衡状態となるので、従来同様に、冷却水温
Ｔｗに応じて設定されるバルブ温度平衡後（燃料の霧化
状態平衡後）の目標リーン空燃比（リーン限界値）が得
られるように、リーン補正係数Ｄを1.0 にセットして、
リーン化制御を行う。更に、三元触媒10が活性化した後
は、リーン化制御を停止して、通常の空燃比フィードバ
ック制御（酸素センサ９による空燃比フィードバック制
御等）へ移行させるようになっている。

【００３８】このように、第２の実施例によれば、始動
後からの冷却水温（Ｔｗ）の変化に基づいてバルブ温度
（Ｔｖ）を推定し、燃料の霧化状態を推定するようにし
て、燃焼の仕方（負荷）の違いによるバルブ昇温特性の
違いを加味できるようにしたので、より高精度にリーン
化制御の最適化を図ることができる。次に、本発明の第
３の実施例について説明する。なお、第３の実施例は、
請求項５に記載の発明において、燃料霧化状態推定手段
による供給燃料の霧化状態の推定を、始動後経過時間に
基づいて行うものに対応している。

【００３９】第３の実施例も、第１の実施例と全体構成
は同様であるので全体構成についての説明は省略し、コ
ントロールユニット50が行うリーン補正係数Ｄの設定ル
ーチンについてのみ、図６のフローチャートに従って説
明することにする。ステップ31では、スタートスイッチ
（ＳＴ／ＳＷ）がＯＮからＯＦＦになったか否かを判断
する。ＹＥＳであればステップ32へ進み、ＮＯであれば
ステップ33へ進む。

【００４０】ステップ32では、カウンタをリセットする
（ｔ＝０）。ステップ33では、リーン化制御許可条件成
立か否かを判断する。ＹＥＳであればステップ34へ進
み、ＮＯであればステップ39へ進む。ステップ34では、
現在の冷却水温（Ｔｗ）を読み込む。ステップ35では、
現在の冷却水温（Ｔｗ）に基づいて、リーン補正係数Ａ
（図12参照）を、テーブル検索等によって求める（第１
目標リーン空燃比に相当する）。

【００４１】ステップ36では、現在の冷却水温（Ｔｗ）
に基づいて、所定時間経過して冷却水温度が平衡状態と
なったときのリーン補正係数Ｂ（図12参照）を、テーブ
ル検索等によって求める（第２目標リーン空燃比に相当
する）。ステップ37では、始動後の経過時間（ｔ）に基
づいて、補間係数Ｅを求める（図11参照）。

【００４２】つまり、始動後経過時間（ｔ）に対するリ
ーン限界値の変化を予め把握しておいて、当該特性が得
られるように始動後経過時間（ｔ）に基づいて設定され
た補間係数Ｅによって、リーン補正係数Ａとリーン補正
係数Ｂとを補間演算して、リーン補正係数Ｄを求めるよ
うになっている。即ち、ステップ38では、以下のように
してリーン補正係数Ｄを求め、図３のフローチャートで
の有効燃料噴射パルス幅ＴＩの演算に用いる。

【００４３】リーン補正係数Ｄ＝（Ｂ−Ａ）×Ｅ＋Ａステップ39では、カウントアップして、上記フローを所
定カウント値になるまで繰り返す。なお、所定のカウン
ト値になった後は（或いは、冷却水温が所定温度以上と
なった後は）、燃料の霧化状態が平衡状態となるので、
従来同様に、冷却水温Ｔｗに応じて設定されるバルブ温
度平衡後（燃料の霧化状態平衡後）の目標リーン空燃比
（リーン限界値）が得られるように、リーン補正係数Ｄ
を1.0 にセットして、リーン化制御を行う。更に、三元
触媒10が活性化した後は、リーン化制御を停止して、通
常の空燃比フィードバック制御（酸素センサ９による空
燃比フィードバック制御等）へ移行させるようになって
いる。

【００４４】このように、第３の実施例では、始動後の
経過時間に対するリーン限界値の変化を予め把握してお
いて、当該変化特性が得られるように、始動後の経過時
間に基づいて、リーン化制御開始時のリーン補正係数Ａ
（第１目標リーン空燃比）と、冷却水温度が平衡状態と
なったときのリーン補正係数Ｂ（第２目標リーン空燃
比）と、を補間演算することにより、現在の燃料の霧化
状態に対応させたリーン補正係数Ｄを求めるようにした
ので、第１，第２の実施例に比較して、リーン限界を、
上・下限内（Ａ〜Ｂの間）に設定できるので、大きくリ
ーン限界から外れることを防止できると共に、補間演算
の仕方によっては、触媒の早期活性化と未燃燃料（Ｈ
Ｃ）分の排出の低減を十分図りつつ、ストール等の発生
を確実に防止できる安定側に（所定量リッチ方向にシフ
トさせた）リーン限界を簡単に設定できることになる。

【００４５】つづけて、本発明の第４の実施例について
説明する。なお、第４の実施例は、請求項５に記載の発
明において、燃料霧化状態推定手段による供給燃料の霧
化状態の推定を、冷却水温の変化に基づいて行うものに
対応している。第４の実施例も、第１の実施例と全体構
成は同様であるので全体構成についての説明は省略し、
コントロールユニット50が行うリーン補正係数Ｄの設定
ルーチンについてのみ、図７のフローチャートに従って
説明することにする。

【００４６】ステップ41では、第１の実施例同様にし
て、スタートスイッチ（ＳＴ／ＳＷ）がＯＮからＯＦＦ
になったか否かを判断する。ＹＥＳであればステップ42
へ進み、ＮＯであればステップ43へ進む。ステップ42で
は、始動時の冷却水温Ｔｗを読み込み、Ｔｗ₁として記
憶する。ステップ43では、第１の実施例同様にして、リ
ーン化制御許可条件成立か否かを判断する。ＹＥＳであ
ればステップ44へ進み、ＮＯであれば本フローを終了す
る。

【００４７】ステップ44では、現在の冷却水温Ｔｗを読
み込む。ステップ45では、現在の冷却水温Ｔｗに基づい
て、リーン補正係数Ａ（図12参照）を、テーブル検索等
によって求める（第１目標リーン空燃比に相当する）。
ステップ46では、現在の冷却水温Ｔｗに基づいて、所定
時間経過して冷却水温度が平衡状態となったときのリー
ン補正係数Ｂ（図12参照）を、テーブル検索等によって
求める（第２目標リーン空燃比に相当する）。

【００４８】ステップ47では、温度差ΔＴｗ（＝Ｔｗ−
Ｔｗ₁）を求める。ステップ48では、温度差ΔＴｗに基
づいて補間係数Ｅ’を求める（図11参照）。つまり、温
度差ΔＴ（始動からの温度変化）に対するリーン限界値
の変化を予め把握しておいて、当該特性が得られるよう
に温度差ΔＴに基づいて設定された補間係数Ｅ’によっ
て、リーン補正係数Ａとリーン補正係数Ｂとを補間演算
して、リーン補正係数Ｄを求めるようになっている。

【００４９】即ち、ステップ49では、以下のようにして
リーン補正係数Ｄを求め、図３のフローチャートでの燃
料噴射量ＴＩの演算に用いる。リーン補正係数Ｄ＝（Ｂ−Ａ）×Ｅ’＋Ａそして、始動後所定時間経過した後は（或いは、冷却水
温が所定温度以上となった後は）、燃料の霧化状態が平
衡状態となるので、従来同様に、冷却水温Ｔｗに応じて
設定されるバルブ温度平衡後（燃料の霧化状態平衡後）
の目標リーン空燃比（リーン限界値）が得られるよう
に、リーン補正係数Ｄを1.0 にセットして、リーン化制
御を行う。更に、三元触媒10が活性化した後は、リーン
化制御を停止して、通常の空燃比フィードバック制御
（酸素センサ９による空燃比フィードバック制御等）へ
移行させるようになっている。

【００５０】このように、第４の実施例によれば、温度
差ΔＴ（始動からの温度変化）に対するリーン限界値の
変化を予め把握しておいて、当該変化特性が得られるよ
うに、温度差ΔＴに基づいて、リーン化制御開始時のリ
ーン補正係数Ａ（第１目標リーン空燃比）と、冷却水温
度が平衡状態となったときのリーン補正係数Ｂ（第２目
標リーン空燃比）と、を補間演算することにより、現在
の燃料の霧化状態に対応させたリーン補正係数Ｄを求め
るようにしたので、第３の実施例に比べて、燃焼の仕方
（負荷）の違いによる燃料の霧化状態の違いを加味でき
るので、より高精度にリーン補正係数Ｄを求めることが
できる。また、第３の実施例同様に、リーン限界を、上
・下限内（Ａ〜Ｂの間）に設定できるので、補正後の目
標リーン空燃比が、実際のリーン限界から大きく外れる
ことを容易に防止できると共に、補間演算の仕方によっ
ては、触媒の早期活性化と未燃燃料（ＨＣ）分の排出の
低減を十分図りつつ、ストール等の発生を確実に防止で
きる安定側に（所定量リッチ方向にシフトさせた）リー
ン限界を簡単に設定することができる。

【００５１】ところで、上記各実施例では、供給燃料付
着部（吸気バルブ近傍）温度の推定を、始動後経過時間
や冷却水温度の変化に基づいて行うようにして説明して
きたが、これらは何れも、始動後からの機関の総発熱量
に基づいて供給燃料付着部（吸気バルブ近傍）温度の推
定を行うことに他ならない。従って、例えば、始動後の
機関への燃料供給量（Ｔｐ）の積分値や吸入空気流量Ｑ
の積分値に基づいて、当該始動後の機関の総発熱量は推
定可能であり、この推定した始動後の機関の総発熱量に
基づいて、供給燃料付着部温度を推定し、以って供給燃
料の霧化状態の推定を行うように構成することができる
（請求項２に記載の発明に対応）。

【００５２】なお、上記各実施例では、リッチ・リーン
反転信号を出力する酸素センサ９を備え、リーン化制御
を行う場合にはオープン制御によりリーン化制御を行う
場合について説明してきたが、勿論、広域の空燃比を検
出できる広域センサを用いて、リーン化制御をフィード
バック制御により行う場合にも適用できる。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
発明によれば、機関始動後所定時間内において、供給燃
料の霧化状態を推定し、当該推定した供給燃料の霧化状
態に基づいて、機関冷却水温度に応じて設定される目標
リーン空燃比を補正して、リーン化制御を行うようにし
たので、従来の装置に比べて、冷却水温度が変化してい
ないような場合であっても、実際には燃料の霧化状態が
変化してリーン限界値が変化しているような場合に対応
することができるので、機関始動後におけるリーン化制
御を最適化することができ、以って失火や機関ストール
の発生を確実に防止しつつ、最大限、触媒の早期活性化
と未燃燃料（ＨＣ）分の排出の低減とを図ることができ
る。

【００５４】請求項２に記載の発明では、始動後の機関
の総発熱量に関連する値に基づいて供給燃料付着部温度
を推定する供給燃料付着部温度推定手段を備え、当該推
定した供給燃料付着部温度に基づいて供給燃料の霧化状
態を推定するようにしたので、高精度に供給燃料付着部
温度を推定することができ、以って高精度に供給燃料の
霧化状態を推定することができる。

【００５５】請求項３に記載の発明では、前記始動後の
機関の総発熱量に関連する値を、機関始動後経過時間と
して、供給燃料付着部温度を推定する構成としたので、
簡単な構成により、燃料付着部温度の推定、延いては供
給燃料の霧化状態を推定することができる。請求項４に
記載の発明では、前記始動後の機関の総発熱量に関連す
る値を、冷却水温度の変化として、供給燃料付着部温度
を推定する構成としたので、請求項３に記載の発明のよ
うに、供給燃料付着部が受ける燃焼熱は一定であるとし
たものに比べて、燃焼の仕方（負荷Ｔｐ等）の違いによ
るバルブ昇温特性の違いを加味することができるので、
簡単な構成で、かつ、より高精度に供給燃料付着部温度
の推定、延いては供給燃料の霧化状態を推定することが
できる。

【００５６】請求項５に記載の発明では、前記目標リー
ン空燃比補正手段における目標リーン空燃比の補正を、
前記燃料霧化状態推定手段により推定した供給燃料の霧
化状態に基づいて、リーン化制御開始時の冷却水温度に
応じて設定される第１目標リーン空燃比と、冷却水温度
が平衡状態となったときに設定される第２目標リーン空
燃比と、を補間演算することにより行わせるようにした
ので、供給燃料の霧化状態の変化途中におけるリーン限
界値（即ち、補正後の目標リーン空燃比）を、最もリッ
チ側のリーン限界値（第１目標リーン空燃比）と、最も
リーン側のリーン限界値（第２目標リーン空燃比）との
間に確実に設定できるので、補正後の目標リーン空燃比
が、実際のリーン限界から大きく外れることを容易に防
止できると共に、補間演算の仕方によっては、触媒の早
期活性化と未燃燃料（ＨＣ）分の排出の低減を十分図り
つつ、ストール等の発生を確実に防止できる安定側に
（所定量リッチ方向にシフトさせた）リーン限界を簡単
に設定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるブロック図

【図２】本発明の第１の実施例にかかる全体構成図

【図３】同上実施例の燃料噴射量設定ルーチンを説明す
るフローチャート

【図４】同上実施例のリーン補正係数Ｄの設定ルーチン
を説明するフローチャート

【図５】本発明の第２の実施例のリーン補正係数Ｄの設
定ルーチンを説明するフローチャート

【図６】本発明の第３の実施例のリーン補正係数Ｄの設
定ルーチンを説明するフローチャート

【図７】本発明の第４の実施例のリーン補正係数Ｄの設
定ルーチンを説明するフローチャート

【図８】バルブ温度Ｔｖとリーン補正係数Ｄ（リーン限
界値）との関係を示す図

【図９】始動後経過時間ｔと、冷却水温Ｔｗ，バルブ温
度Ｔｖとの関係を説明する図

【図10】始動後経過時間ｔ（或いは温度変化ΔＴ）と、
バルブ補正温度Ｔv₁との関係を示す図

【図11】始動後経過時間ｔ（或いは温度変化ΔＴ）と、
補間係数Ｅ（或いはＥ’）との関係を示す図

【図12】従来の問題を説明する図

【符号の説明】

１機関３エアフローメータ６燃料噴射弁９酸素センサ１０三元触媒１１クランク角センサ１２水温センサ５０コントロールユニット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】機関始動後所定時間内において、機関吸入
混合気の空燃比が、機関の冷却水温度に応じて設定され
た目標リーン空燃比となるように、空燃比の制御量を制
御するリーン化制御手段を備えた内燃機関の空燃比制御
装置において、供給燃料の付着部温度に基づいて供給燃料の霧化状態を
推定する燃料霧化状態推定手段と、前記燃料霧化状態推定手段により推定した供給燃料の霧
化状態に基づいて、前記目標リーン空燃比を補正する目
標リーン空燃比補正手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項２】始動後の機関の総発熱量に関連する値に基
づいて、前記供給燃料の付着部温度を推定する供給燃料
付着部温度推定手段を備えた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。
【請求項３】前記始動後の機関の総発熱量に関連する値
が、機関始動後経過時間であることを特徴とする請求項
２に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項４】前記始動後の機関の総発熱量に関連する値
が、冷却水温度の変化であることを特徴とする請求項２
に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項５】前記目標リーン空燃比補正手段における目
標リーン空燃比の補正が、前記燃料霧化状態推定手段に
より推定した供給燃料の霧化状態に基づいて、リーン化
制御開始時の冷却水温度に応じて設定される第１目標リ
ーン空燃比と、冷却水温度が平衡状態となったときに設
定される第２目標リーン空燃比と、を補間演算すること
により行われることを特徴とする請求項１〜請求項４の
何れか１つに記載の内燃機関の空燃比制御装置。