JPH07189768A - 内燃機関の始動時空燃比制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】触媒の早期活性化を図りつつ、始動直後におい
て機関が加速されたときの運転性を確保する。 【構成】機関が始動されてから所定時間内であるときに
は、理論空燃比よりもリーンな空燃比を目標空燃比とし
て空燃比フィードバック制御を実行させ、燃焼温度の高
い状態で機関を運転させる（Ｓ３）。但し、前記所定時
間内であっても、機関が加速されたときには（Ｓ２）、
空燃比フィードバック制御の目標空燃比を理論空燃比と
すると共に（Ｓ４）、空燃比フィードバック制御の比例
操作量を補正することで（Ｓ５）、制御点を理論空燃比
よりもリッチ空燃比とする空燃比フィードバック制御を
実行させ（Ｓ６）、加速運転性を確保する。

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始動時空燃比
制御装置に関し、詳しくは、排気浄化触媒の早期の活性
化を図りつつ、始動直後における加速運転性を維持し得
る空燃比制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、機関排気通路に三元触媒を介
装し、該三元触媒によって排気中の有害成分であるＮＯ
ｘ，ＨＣ，ＣＯを浄化することが行なわれている。ここ
で、前記三元触媒は、所定の温度にまで加熱されて活性
化しないと、所期の浄化能力を発揮しないため、機関が
始動されてから三元触媒が活性化するまでの期間におい
ては、三元触媒で充分な浄化が行なわれないまま排気が
大気中に排出されてしまうという問題が生じる。

【０００３】そこで、三元触媒の早期活性化が望まれる
ことになり、早期活性化を図る技術として、機関吸入混
合気の空燃比を理論空燃比よりもリーン化（空気過剰率
λ＝1.06〜1.20）させて燃焼温度の上昇を図ることが知
られており、前記リーン化制御によって機関からのＨＣ
の排出量を減少させることもできる。即ち、前記三元触
媒は、機関を理論空燃比で燃焼させたときに最も効果的
に排気有害成分を転化できるため、通常は理論空燃比を
目標空燃比とする空燃比フィードバック制御を行なわせ
るが、機関始動直後で触媒がまだ活性化していないとき
には、たとえ理論空燃比で燃焼させたとしても排気浄化
は望めない。そこで、目標空燃比として理論空燃比より
もリーンな空燃比を設定することで、触媒活性をなるべ
く早めるようにしていたものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記空燃比
のリーン化制御によって、三元触媒が活性化するまでの
時間を短縮できるものの、触媒活性が得られていないた
めに空燃比をリーン化させている機関始動直後において
機関が加速されると、燃料不足によりヘジテーションや
失火が発生して、加速運転性を大きく悪化させる惧れが
あった。

【０００５】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、排気浄化触媒の早期の活性化を図りつつ、始動直
後における加速運転性を維持し得る空燃比制御装置を提
供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そのため本発明にかかる
内燃機関の内燃機関の始動時空燃比制御装置は、図１に
示すように構成される。図１において、空燃比検出手段
は機関吸入混合気の空燃比を検出し、機関始動検出手段
は機関の始動を検出する。

【０００７】そして、始動時リーン制御手段は、機関始
動検出手段で検出される機関始動直後の所定期間におい
て、空燃比検出手段で検出される空燃比に基づいて機関
吸入混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーンな空燃比
にフィードバック制御する。一方、加速時リッチ化手段
は、始動時リーン制御手段による空燃比フィードバック
制御中に前記加速検出手段で機関の加速状態が検出され
たときに、前記始動時リーン制御手段における制御点を
強制的に理論空燃比よりもリッチ化させる。

【０００８】

【作用】かかる構成によると、始動直後の所定期間にお
いて、理論空燃比よりもリーンな空燃比にフィードバッ
ク制御することで燃焼温度を高めて、排気浄化触媒の温
度上昇、即ち、触媒の活性化を早める。但し、上記のリ
ーン制御中であっても、機関が加速されたときには、そ
のままのリーン空燃比状態に制御すると、燃料不足によ
って加速運転性を損ねる惧れがあるので、加速が検出さ
れると空燃比フィードバック制御における制御点を強制
的に理論空燃比よりもリッチにして、触媒活性よりも加
速運転性を優先した空燃比制御を実行させる。

【０００９】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。一実施例
を示す図２において、内燃機関１にはエアクリーナ２か
ら吸気ダクト３，スロットル弁４及び吸気マニホールド
５を介して空気が吸入される。前記吸気マニホールド５
の各ブランチ部には、各気筒別に燃料噴射弁６が設けら
れている。

【００１０】燃料噴射弁６は、ソレノイドに通電されて
開弁し、通電停止されて閉弁する電磁式燃料噴射弁であ
って、後述するコントロールユニット12からの噴射パル
ス信号により通電されて開弁し、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の圧
力に調整された燃料を、機関１に間欠的に噴射供給す
る。

【００１１】機関１の各燃焼室には点火栓７が設けられ
ていて、これにより火花点火して混合気を着火燃焼させ
る。そして、機関１からは、排気マニホールド８，排気
ダクト９，三元触媒10及びマフラー11を介して排気が排
出される。コントロールユニット12は、ＣＰＵ，ＲＯ
Ｍ，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を備え、各種
のセンサからの入力信号に基づいて演算処理して、燃料
噴射弁６の作動を制御する。

【００１２】前記各種のセンサとしては、吸気ダクト３
中にエアフローメータ13が設けられていて、機関１の吸
入空気流量Ｑに応じた信号を出力する。また、クランク
角センサ14が設けられていて、基準ピストン位置毎の基
準角度信号ＲＥＦと、クランク角１°又は２°毎の単位
角度信号ＰＯＳとを出力する。ここで、基準角度信号Ｒ
ＥＦの周期、或いは、所定時間内における単位角度信号
ＰＯＳの発生数を計測することにより、機関回転速度Ｎ
ｅを算出できる。

【００１３】また、機関１のウォータジャケットの冷却
水温度Ｔｗを検出する水温センサ15が設けられている。
また、排気マニホールド８の集合部に空燃比検出手段と
しての酸素センサ16が設けられている。前記酸素センサ
16は、大気中の酸素濃度（基準酸素濃度）に対する排気
中の酸素濃度の比に応じた起電力を発生する酸素濃淡電
池であり、特開昭６４−８３１５１号公報に開示される
ように、理論空燃比を境に起電力が徐々に変化する特性
を有するものである。

【００１４】即ち、本実施例の酸素センサ16は、ジルコ
ニアを主成分とする有底筒状のセラミック管の内外表面
に電極を形成し、前記セラミック管の内表面側の大気と
外表面側の機関排気との間の酸素濃度比に応じて発生す
る起電力を前記電極によって取り出すものであり、か
つ、前記外表面側に形成させる白金触媒層を約1000℃以
上の高温度で焼成することで、ストイキ的な出力特性で
はなく、理論空燃比を境界として緩やかに起電力が変化
する特性（図４参照）を有するものとしてある。

【００１５】更に、前記スロットル弁４には、該スロッ
トル弁４の開度を検出するポテンショメータ式のスロッ
トルセンサ17が付設され、また、コントロールユニット
12には機関始動検出手段として機能するスタートスイッ
チ18のＯＮ・ＯＦＦ信号が入力されるようになってい
る。ここにおいて、前記三元触媒10は、活性温度に達し
ないと所期の浄化能力を発揮しないため、機関１が始動
されてから三元触媒10が排気熱で暖められて活性化温度
に達するまでの間は、充分に排気有害成分を転化処理す
ることができない。そこで、前記活性化までの時間を極
力短縮すべく、コントロールユニット12は、図３のフロ
ーチャートに示すようにして機関吸入混合気の空燃比を
フィードバック制御する。

【００１６】尚、本実施例において、始動時リーン制御
手段及び加速時リッチ化手段としての機能は、前記図３
のフローチャートに示すようにコントロールユニット12
がソフトウェア的に備えている。図３のフローチャート
において、まず、ステップ１（図中ではＳ１としてあ
る。以下同様）では、スタートスイッチ18がＯＮ→ＯＦ
Ｆ切り換えされてから所定時間（例えば40秒間）内であ
るか否かを判別する。

【００１７】尚、前記所定時間は始動時水温に応じて変
化させても良く、また、予め設定された時間ではなく冷
却水温度Ｔｗが所定温度に達するまでの間を前記ステッ
プ１で検出させるようにしても良い。ステップ１で始動
直後の所定期間内でないと判別されたときには、ステッ
プ７へ進んで、理論空燃比を目標空燃比として燃料噴射
弁６による燃料噴射量をフィードバック制御する通常の
空燃比フィードバック制御を実行させる。

【００１８】一方、ステップ１で機関始動直後の所定時
間内であると判別されたときには、ステップ２へ進み、
機関１の加速状態を判別させる。前記加速状態の判別
は、前記エアフローメータ13で検出される吸入空気流量
Ｑの変化割合ΔＱ、或いは、スロットルセンサ17で検出
されるスロットル弁開度ＴＶＯの変化割合ΔＴＶＯに基
づいて、機関負荷が所定以上の割合で増大変化している
ことを検知したときに、機関１が加速状態であると判定
させるようにする。従って、本実施例における加速検出
手段は、エアフローメータ13又はスロットルセンサ17と
コントロールユニット12との構成によって実現される。

【００１９】ステップ２で機関１が加速運転状態でない
と判別されたときには、ステップ３へ進み、目標空燃比
を理論空燃比よりもリーンな所定空燃比（例えば空気過
剰率λ＝1.06〜1.20）とするリーンフィードバック制御
を実行させる。前記ステップ３における空燃比フィード
バック制御は、図４に示すように、酸素センサ16の出力
特性において理論空燃比相当値よりも低い値、即ち、理
論空燃比よりもリーンな目標空燃比に相当する値を判定
レベルとして、該判定レベルよりも実際の酸素センサ出
力が高いか低いか、換言すれば、目標リーン空燃比に対
してリッチであるかリーンであるかを判別させ、酸素セ
ンサ出力が前記判定レベルに近づく方向に空燃比フィー
ドバック補正係数ＬＭＤを比例・積分制御する。

【００２０】前記空燃比フィードバック補正係数ＬＭＤ
は、吸入空気流量Ｑと機関回転速度Ｎｅとに基づいて算
出される基本燃料噴射量Ｔｐの補正設定に用いられ、最
終的には燃料噴射弁６による燃料噴射量（燃料供給量）
がフィードバック制御されて、前記判定レベルに相当す
る目標リーン空燃比に制御される。上記のように機関始
動直後の所定時間内において、機関吸入混合気の空燃比
を理論空燃比よりもリーンな空燃比に制御すれば、高い
燃焼温度を得て触媒10の活性を早めることができ、早期
から三元触媒10による排気浄化効果を発揮させることが
可能となる。

【００２１】一方、ステップ２で機関１の加速運転状態
が判定されると、ステップ４へ進み、前記空燃比フィー
ドバック補正係数ＬＭＤの比例・積分制御において酸素
センサ16の出力判定に用いる判定レベルを、理論空燃比
相当値に変更する処理を行い（図４参照）、更に、次の
ステップ５では、前記比例・積分制御における比例制御
で補正係数ＬＭＤがより増大制御されるように、比例制
御で用いる操作量を修正する。

【００２２】ステップ５における比例操作量の補正は、
空燃比リッチ化方向に一致する補正係数ＬＭＤの増大制
御に用いる比例操作量を増大修正するか、或いは、かか
る増大修正と共に又は単独で、空燃比リーン化方向に一
致する補正係数ＬＭＤの減少制御に用いる比例操作量を
減少修正する。かかる比例操作量の修正によって、理論
空燃比を中心として空燃比が変動するものの、リッチ方
向への振れが大きくなって、平均空燃比としては理論空
燃比よりもリッチに制御されることになる。

【００２３】そして、ステップ６では、前記変更された
判定レベル及び比例操作量を用いて空燃比フィードバッ
ク制御を行なわせる。即ち、判定レベルの変更によって
リッチ・リーン判定の基準を理論空燃比とすることで、
理論空燃比を目標空燃比としてフィードバック制御させ
るものの、比例・積分制御における比例操作量の補正に
より平均空燃比（空燃比の制御点）としては理論空燃比
よりもリッチ側に制御されるようにしたものである。

【００２４】上記のようにして、加速検出時に理論空燃
比よりもリッチな空燃比にフィードバック制御させるよ
うにすれば、加速時に燃料不足によってヘジテーション
や失火が発生することを回避でき、加速運転性を確保で
きる。このように本実施例では、機関始動直後の所定期
間において、理論空燃比よりもリーンな空燃比を目標と
して空燃比フィードバック制御を行なわせることで、三
元触媒10の活性を極力早めるようにするが、機関１が始
動直後に加速された場合においてもそのままリーン空燃
比で燃焼させる構成とすると、加速運転性が損なわれる
ので、加速された場合には、高い燃焼温度の確保よりも
加速運転性を優先させて、触媒活性の早期化と加速運転
性の確保とを両立させている。

【００２５】尚、加速運転が終了して、再びステップ３
におけるリーンフィードバック制御に戻るときには、ま
ず、比例操作量を戻した後、判定レベルを理論空燃比相
当値から徐々にリーンフィードバック制御用の低い値に
戻すようにすると良い。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によると、機
関始動直後に排気浄化触媒を早期に活性化することがで
きると共に、排気浄化触媒の活性を促進させている間に
おいて機関が加速されても加速運転性が損なわれること
がなく、加速運転性を維持しつつ触媒を早期に活性化さ
せて、排気性状の改善を図ることができるという効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示すブロック図。

【図２】本発明の一実施例を示すシステム概略図。

【図３】実施例の空燃比フィードバック制御を示すフロ
ーチャート。

【図４】実施例における酸素センサの出力特性を示す線
図。

【符号の説明】

１ 機関 ６ 燃料噴射弁 12 コントロールユニット 13 エアフローメータ 14 クランク角センサ 16 酸素センサ 17 スロットルセンサ 18 スタートスイッチ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】機関吸入混合気の空燃比を検出する空燃比
   検出手段と、 機関の始動を検出する機関始動検出手段と、 該機関始動検出手段で検出される機関始動直後の所定期
   間において、前記空燃比検出手段で検出される空燃比に
   基づいて機関吸入混合気の空燃比を理論空燃比よりもリ
   ーンな空燃比にフィードバック制御する始動時リーン制
   御手段と、 機関の加速状態を検出する加速検出手段と、 前記始動時リーン制御手段による空燃比フィードバック
   制御中に前記加速検出手段で機関の加速状態が検出され
   たときに、前記始動時リーン制御手段における制御点を
   強制的に理論空燃比よりもリッチ化させる加速時リッチ
   化手段と、 を含んで構成されたことを特徴とする内燃機関の始動時
   空燃比制御装置。