JPS6238845A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
にペ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ｌｌ１４劃装置の噴耐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ペーパー分
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。

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
き開始されるため、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
後酸素センザの出力信号にかかわらず燃料量を一律に増
量すると、燃料系でのペーパー発生状況によっては、燃
料を増吊しすぎることになる。即ち、ペーパーに応じた
燃料増量がかからないという問題がある。

本発明の目的は、このような問題点を解決覆ることにあ
り、即ち高温始動後燃料系でのペ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
定成分子［を検出する空燃比センサの出力信号に基づい
て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湿時判別手段と、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ト手段と、前記始動時検
出手段と前記高湿時判別手段に基づいて高温始動完了時
を検出した場合前記フィードバック制御停止手段の動作
の開始を機関温度が所定温度以下に低下するまで遅らす
フィードバック制御停止開始遅延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湿時判別手段
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’　　　　＄
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、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機関温度が所定
温度以下に低下するまで遅延する。

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遅延し、機
関温度が所定値以下に低下したら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
。

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Ｊ゛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はビス１〜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−〇　− 温を計測する水温センサ、１６はスタータスイッヂ、２
１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ににすＪ１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Ｊ：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［１ツトルバルブ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【プられ
ている。ざ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３７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ている。ディストリビュータ
４１には、図示しイにいクランクシャフトと同期して回
転するデイネ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ににリフ
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Ｊ：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
ッヂ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１メモ
リを右づるｆ１０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［１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ＣＰＵ
５１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Ｉ１０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Ｉ１０
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
ｒｉ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Ｉ１０
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ＩＴＡＵは、 ＴＡＬＪ＝ｋｘＱ／ＮｘαｘＦＡＦ＋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ヂ
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−
り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１Ｆフラグをリセットする。ステップ４
０５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、次にステップ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。空燃比がリッヂであればステップ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。ここでり一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ツプし、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ＩＴ
）−ＩＷが９０℃以上であるか否かを判別する。Ｔ　Ｉ
−Ｉ　Ｗ≧９０℃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ツ１〜し、次いでステップ５０
５に進みここでリーンモニタ用カウンタをカウントアツ
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ツ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ツプしてい
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
を小ざくし、逆にリーン時には空燃比フィードバック補
正係数ＦΔＦ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
料系統でバ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、ペ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ペーパーが
発生しゃ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」二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ぎ、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、燃料系統のペ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１１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。

高温始動直後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
ペ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、これによりり−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、燃料温瓜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。

発明の詳細 な説明したように本発明によれば、高温始動後に燃料系
統でペ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、高温始動直後の機関冷却水温が所定値未満に低下
するまでの間リーンモニタの制御を禁止することにより
り一ンモニタの誤動作を防止し機関冷却後リーンモニタ
の制御復活により酸素センサ等の故障を確実に検出する
ことができるという効果がある。

又本発明によると、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、高温始動後
にペーパーの発生が少なければ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。

【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・・・Ｉ１０装置。 出願人：　トヨタ自動車株式会社 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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
   力信号に基づいて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
   判別する高湿時判別手段と、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前
   記フィードバック制御停止手段の動作の開始を機関温度
   が所定温度以下に低下するまで遅らすフィードバック制
   御停止開始遅延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。