JPH07332135A

JPH07332135A - 内燃機関の空燃比制御装置

Info

Publication number: JPH07332135A
Application number: JP12335894A
Authority: JP
Inventors: Keita Yoshizawa; 敬太吉沢
Original assignee: Unisia Jecs Corp
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-06-06
Filing date: 1994-06-06
Publication date: 1995-12-22

Abstract

(57)【要約】【目的】始動後に機関回転速度が低下して、ハンチング
やエンストが発生することの無い空燃比制御装置を提供
すること。【構成】機関の始動が判断されると（Ｓ31）、機関始動
後の経過時間Ｘと始動時冷却水温度Ｔｗ_STに基づき、フ
ィードバック補正係数の制御定数を検索する（Ｓ32〜3
4）。制御定数は通常のフィードバック制御定数より小
さく、かつ経過時間Ｘが長くなるほど大きな値となるよ
うに設定されている。機関始動後の経過時間Ｘが暖機終
了時間経過すると、フィードバック制御定数を通常値と
する（Ｓ35，36）。

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を制御
する装置に関し、特に始動時における空燃比を制御する
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の内燃機関の空燃比制御としては例
えば特開昭６０−２４０８４０号公報に開示されるよう
なものがある。このものの概要を説明すると、機関の吸
入空気流量Ｑ及び回転速度Ｎを検出してシリンダに吸入
される空気量に対応する基本燃料供給量Ｔｐ（＝Ｋ×Ｑ
／Ｎ；Ｋは定数）を演算し、この基本燃料供給量Ｔｐを
機関温度等により補正したものに排気中酸素濃度の検出
によって混合気の空燃比を検出する酸素センサからの信
号によってフィードバック補正を施し、バッテリ電圧に
よる補正等をも行って最終的に燃料供給量Ｔｉを設定す
る。

【０００３】そして、このようにして設定された燃料供
給量Ｔｉに相当するパルス幅の駆動パルス信号を電磁式
の燃料噴射弁に所定タイミングで出力することにより機
関に所定の量の燃料を噴射供給するようにしている。と
ころで、空燃比フィードバック制御については、排気系
に酸素センサを設けて実際の空燃比を検出し、空燃比が
理論空燃比（λ＝１）よりリッチかリーンかを、該酸素
センサの出力信号がスライスレベルより高いか低いかに
より判定して制御するわけであり、このため、空燃比フ
ィードバック補正係数αというものを定めて、このαを
変化させることにより理論空燃比に保っている。

【０００４】ここで、空燃比フィードバック補正係数α
の値は比例・積分制御（ＰＩ制御）により変化させ、安
定した制御としている。即ち、酸素センサの出力電圧と
スライスレベル電圧とを比較して空燃比のリッチ・リー
ンを判定し、例えば空燃比がリーン（リッチ）の場合に
は始めに所定の比例分（Ｐ分）だけ上げて（下げて）、
それから所定時間毎に所定の積分分（Ｉ分）ずつ徐々に
上げて（下げて）いき、空燃比を理論空燃比に近づける
ように制御している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記基本燃
料供給量Ｔｐの補正の１つとして、始動後増量補正があ
り、これは、機関始動後（スタートスイッチがＯＮから
ＯＦＦに切換わってから）一定時間、図７のマップに示
すような、機関温度（機関の冷却水温度Ｔｗ）が低い程
大きくなるように設定された初期値ＭＫ_ASから、その初
期値ＭＫ_ASに応じて設定された漸減値分ずつ、時間経過
と共に漸減することより、始動後増量補正係数Ｋ_ASを設
定し、この始動後増量補正係数Ｋ_ASにより、燃料噴射量
を増量補正するようにしている。

【０００６】従って、始動後増量補正係数Ｋ_ASにより燃
料噴射量が増量補正されている間に空燃比フィードバッ
ク制御が開始されると、該増量補正により空燃比をリッ
チに制御しているにもかかわらず、空燃比が大きくリッ
チであると判定することにより、始めに大きく比例分
（Ｐ分）だけ下げて、それから所定時間毎に所定の積分
分（Ｉ分）ずつ徐々に下げていき、空燃比を理論空燃比
に近づけるように空燃比フィードバック制御がなされる
こととなる。

【０００７】ここで、冷機始動後しばらくの間は燃焼が
不安定であり、リーン限界がストイキ側に近い。また、
従来の比例分（Ｐ分）及び積分分（Ｉ分）は暖機後のリ
ーン限界に合わせて大きく設定されているために、図８
に示すように、空燃比がリーン側に振れたときにリーン
限界を越えて、オーバーリーンとなり、機関回転速度が
低下して、ハンチングやエンストの発生の惧れが出てき
てしまう。

【０００８】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、始動後に回転落ちの生じない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。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そのため請求項１記載の
発明は、図１に示すように、機関吸入混合気の空燃比を
検出する空燃比検出手段と、空燃比検出手段により検出
される空燃比に基づいて空燃比フィードバック補正量を
増大または減少させて設定する空燃比フィードバック補
正量設定手段と、前記空燃比フィードバック補正量設定
手段により設定された空燃比フィードバック補正量に基
づいて空燃比を目標空燃比にフィードバック制御する空
燃比フィードバック制御手段と、を備えた内燃機関の空
燃比制御装置において、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機関始動が検出され
た後は、所定時間は前記空燃比フィードバック補正量設
定手段により設定される空燃比フィードバック補正量の
制御定数を小さい値に設定する制御定数設定手段と、を
含んで構成した。

【００１０】また、請求項２記載の発明に係る構成とし
て、空燃比フィードバック補正量設定手段が、制御定数
として比例定数と積分定数とを含んでフィードバック補
正量を設定するようにしてもよい。また、請求項３記載
の発明に係る構成として、機関の始動からの経過時間を
計測する経過時間計測手段を設け、制御定数設定手段
が、空燃比フィードバック補正量の制御定数を前記経過
時間に基づいて漸次増大するようにしてもよい。

【００１１】また、請求項４記載の発明に係る構成とし
て、機関の始動時における機関水温を検出する機関水温
検出手段を設け、制御定数設定手段が、空燃比フィード
バック補正量の制御定数を前記機関水温を含む条件に基
づいて漸次増大するようにしてもよい。

【００１２】

【作用】請求項１記載の発明の作用として、機関始動が
検出された後は、所定時間は前記空燃比フィードバック
補正量設定手段により設定される空燃比フィードバック
補正量の制御定数が小さい値に設定される。従って、機
関始動が検出された当初は、空燃比検出手段により検出
される空燃比に基づいて設定される空燃比フィードバッ
ク補正量は僅かな値で増大または減少するように設定さ
れるので、空燃比フィードバック補正量に基づいて目標
空燃比にフィードバック制御される空燃比も僅かな値で
増大または減少することとなる。もって、始動後増量補
正係数Ｋ_ASにより燃料噴射量が増量補正されている間に
空燃比フィードバック制御が開始されても、空燃比を急
激に理論空燃比に近づけるように空燃比フィードバック
制御がなされることがない。従って、冷機始動後しばら
くの間、リーン限界がストイキ側に近くなっていても、
空燃比がリーン限界を越えることを防止できる。

【００１３】また請求項２記載の発明の作用として、機
関始動が検出された後は、所定時間は前記空燃比フィー
ドバック補正量設定手段により設定される空燃比フィー
ドバック補正量の比例定数と積分定数が小さい値に設定
される。また請求項３記載の発明の作用として、空燃比
フィードバック補正量の制御定数は機関の始動からの経
過時間に基づいて漸次増大されることとなり、始動から
時間が経過する程、前記制御定数は増大してゆく。

【００１４】即ち、制御定数の増大値または減少値はそ
の後漸次増大してゆくこととなるので、空燃比フィード
バック制御手段による空燃比のフィードバック制御が徐
々に作用を奏するようになる。また請求項４記載の発明
の作用として、空燃比フィードバック補正量の制御定数
を機関の始動における機関水温を含む条件に基づいて漸
次増大されることとなり、例えば機関水温が上昇する
程、前記制御定数は増大してゆく。

【００１５】即ち、制御定数の増大値または減少値は機
関の始動における機関水温が上昇する程増大してゆくこ
ととなるので、空燃比フィードバック制御手段による空
燃比のフィードバック制御は機関の始動における機関水
温が高い程作用を奏することとなる。

【００１６】

【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のブランチ部には、各気筒毎に燃料噴射弁６が設けら
れている。前記燃料噴射弁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からの駆動パ
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、噴射供給する。

【００１７】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供え、各種
のセンサからの検出信号を受け、後述の如く演算処理を
して、燃料噴射弁６の作動及び点火栓７による点火時期
を制御する。

【００１８】前記各種のセンサとしては、吸気ダクト３
中に熱線式等のエアフローメータ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、例えば４気
筒の場合、クランク角 180°毎の基準信号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、前記基準信号ＲＥＦの周期、或いは、所
定時間内における前記単位角度信号ＰＯＳの発生数を計
測することによって、機関回転速度Ｎを検出可能であ
る。

【００１９】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等が設けられてい
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。

【００２０】更に、前記スロットル弁４には、該スロッ
トル弁４の全閉位置でＯＮとなるアイドルスイッチ17が
付設され、また、コントロールユニット12には機関の始
動を検出する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。次に
コントロールユニット12による行われる空燃比フィード
バック制御手段ととしての機能を奏する空燃比制御ルー
チンを図３〜図５に示したフローチャートに従って説明
する。図３は、燃料噴射量演算ルーチンを示す。このル
ーチンは所定周期（例えば１０ｍｓ）毎に行われる。

【００２１】ステップ（図ではＳと記す）１では、エア
フローメータ13によって検出される吸入空気流量Ｑとク
ランク角センサ14からの信号によって算出される機関回
転速度Ｎを入力する。ステップ２では、単位回転当たり
の吸入空気流量Ｑに相当する基本燃料噴射量Ｔｐを次式
により算出する。

【００２２】Ｔｐ＝Ｋ×Ｑ／Ｎ（Ｋは定数）ステップ３では、水温センサ15によって検出された冷却
水温度Ｔｗ等に基づいて、始動後増量補正係数Ｋ_ASを含
む補正係数ＣＯＥＦを、次式に従って設定する。ＣＯＥＦ＝１＋Ｋ_Tw＋Ｋ_ST＋Ｋ_AS＋・・・但し、Ｋ_Twは水温補正係数、Ｋ_STは始動時増量補正係数
である。

【００２３】ステップ４では、後述するフィードバック
補正係数設定ルーチンにより酸素センサ16からの信号に
基づいて設定されたフィードバック補正係数LAMBDAを読
込む。ステップ５では、バッテリ電圧に応じて、電圧補
正分Ｔｓを設定する。これは、バッテリ電圧変動による
燃料噴射弁６の噴射流量変化を補正するためのものであ
る。

【００２４】ステップ６では、最終的な燃料噴射量Ｔｉ
を次式に従って演算する。Ｔｉ＝Ｔｐ×ＣＯＥＦ×LAMBDA＋Ｔｓステップ７では、演算された燃料噴射量Ｔｉを出力用レ
ジスタにセットする。これにより、予め定められた機関
回転同期の燃料噴射タイミングになると、演算された燃
料噴射量Ｔｉのパルス幅をもつ駆動パルス信号が燃料噴
射弁６に出力されて燃料噴射が行われる。

【００２５】次にフィードバック補正係数LAMBDA設定ル
ーチンを図４に従って説明する。このルーチンは機関回
転に同期して実行される。ステップ11では、酸素センサ
16からの信号電圧Ｖ_O2を入力する。ステップ12では、現
在の機関回転速度Ｎと基本燃料噴射量Ｔｐとの最新デー
タに基づき、ＲＯＭに記憶されたマップからフィードバ
ック制御定数を検索する。ここで、フィードバック制御
定数は燃料供給量増量補正用として、後述するように、
空燃比がリッチからリーンに反転した直後に加算される
比例定数Ｐ_Rと反転直後以外で加算される積分定数Ｉ_R
と、また燃料供給量減量補正用として空燃比がリーンか
らリッチに反転した直後に減算される比例定数Ｐ_Lと反
転直後以外で減算される積分定数Ｉ_Lとの計４種類のフ
ィードバック制御定数を有する。

【００２６】次にステップ13に進み、同じくＮとＴｐと
のデータに基づきＲＯＭに記憶されたマップから酸素セ
ンサの出力電圧と比較される基準値ＳＬを検索する。次
にステップ14へ進み、ステップ11で入力した信号電圧Ｖ
_O2と基準値ＳＬとを比較する。そして、空燃比がリッチ
（Ｖ_O2＞ＳＬ）のとき（リッチ空燃比燃焼時）はステッ
プ15へ進み、リーンからリッチへの反転時か否かを判定
し、反転時にはステップ16へ進んで、フィードバック補
正係数LAMBDAをステップ12で検索された比例定数Ｐ_L分
減少して設定する。反転時以外は、ステップ17に進み、
検索された積分定数Ｉ_L分減少させて設定する。

【００２７】また、ステップ14で空燃比がリーン（Ｖ_O2
＜ＳＬ）と判定されたとき（リーン空燃比燃焼時）は、
ステップ18へ進んで、同様にリッチからリーンへの反転
時か否かを判定し、反転時にはステップ19へ進んで、フ
ィードバック補正係数LAMBDAをステップ12で検索された
比例定数Ｐ_R分増大させ設定し、反転時以外は、ステッ
プ20に進み、前回値に対して検索された積分定数Ｉ_R分
増大させる。

【００２８】即ち、ステップ14〜ステップ20の機能が請
求項２に記載の制御定数として比例定数と積分定数とを
含んでフィードバック補正量を設定することに相当す
る。また当該フィードバック補正係数LAMBDA設定ルーチ
ンが空燃比フィードバック補正量設定手段としての機能
を奏している。次に本発明に係る構成として、機関始動
が検出された後の経過時間及び機関の始動時における機
関水温に基づいて、前記空燃比フィードバック補正係数
の制御定数を設定（変更）する制御定数設定ルーチンに
ついて、図５を参照しつつ説明する。

【００２９】まず、ステップ31では、機関が始動したか
否かをスタートスイッチ18がＯＮからＯＦＦへ切換えが
なされたか否かにより判断し、ＯＮからＯＦＦへ切換え
がなされた場合には、機関が始動したと判断し、ステッ
プ32に進む。ステップ32では、請求項３に係る経過時間
計測手段としてのタイマによる機関始動後の経過時間Ｘ
の計測をスタートさせる。

【００３０】ステップ33では、請求項４に係る機関水温
検出手段としての水温センサ15により検出した始動時冷
却水温度Ｔｗ_STを読込む。ステップ34では、機関始動後
の経過時間Ｘと始動時冷却水温度Ｔｗ_STに基づき、ＲＯ
Ｍに記憶された補正用マップからフィードバック補正係
数の制御定数を検索する。ここで、フィードバック補正
係数の制御定数は燃料供給量増量補正用として、前述の
ように、始動時比例定数Ｐ_RH、始動時積分定数Ｉ_RH、始
動時比例定数Ｐ_LH及び始動時積分定数Ｉ_LHの計４種類の
フィードバック制御定数を有している。そして、夫々の
定数は比例定数Ｐ_R、積分定数Ｉ_R、比例定数Ｐ_L及び
積分定数Ｉ_Lの４種類のフィードバック制御定数より小
さく、かつ経過時間Ｘが長くなるほど、また始動時冷却
水温度Ｔｗ_STが高くなるほど大きな値となるように設定
されている。

【００３１】ステップ35では、機関の暖機が終了したか
否かを、機関始動後の経過時間Ｘが所定時間（暖機終了
時間）Ｘ₁経過したか否かにより判断し、Ｘ≧Ｘ₁であ
ると判断された場合には、ステップ36に進み、フィード
バック制御定数を検索するマップを通常のマップに入れ
換えることにより、フィードバック制御定数を通常値と
する。

【００３２】そして、ステップ37において、タイマをリ
セットし、経過時間Ｘの計測を中止し、当該ルーチンを
終了する。即ち、当該制御定数設定ルーチンが制御定数
設定手段としての機能を奏している。従って、以上説明
した実施例によれば、機関始動が検出された後は、比例
定数Ｐ_R、積分定数Ｉ_R、比例定数Ｐ_L及び積分定数Ｉ
_Lの４種類のフィードバック制御定数は始動時比例定数
Ｐ_RH、始動時積分定数Ｉ_RH、始動時比例定数Ｐ_LH及び始
動時積分定数Ｉ_LHの計４種類のフィードバック制御定数
に設定され、且つ始動時比例定数Ｐ_RH、始動時積分定数
Ｉ_RH、始動時比例定数Ｐ_LH及び始動時積分定数Ｉ_LHは比
例定数Ｐ_R、積分定数Ｉ_R、比例定数Ｐ_L及び積分定数
Ｉ_Lより夫々小さい値であり、かつ経過時間Ｘが長くな
るほど、また始動時冷却水温度Ｔｗ_STが高くなるほど大
きな値となるように設定されている。

【００３３】従って、機関始動が検出された当初に空燃
比フィードバック制御が開始されても、該フィードバッ
ク補正制御は始動時比例定数Ｐ_RH、始動時積分定数
Ｉ_RH、始動時比例定数Ｐ_LH及び始動時積分定数Ｉ_LHに基
づいて行われるため、空燃比フィードバック制御に係る
補正量が小さく、もって、空燃比を急激に理論空燃比に
近づけるように空燃比フィードバック制御がなされるこ
とがなく、もって始動後増量補正係数Ｋ_ASにより燃料噴
射量が増量補正されている間に空燃比フィードバック制
御が開始されても、空燃比を急激にリーンに補正するこ
とが防止され、もって空燃比がリーン限界を越えること
を防止できる（図６参照）。

【００３４】そして、始動時比例定数Ｐ_RH、始動時積分
定数Ｉ_RH、始動時比例定数Ｐ_LH及び始動時積分定数Ｉ_LH
は漸次増大していくように、設定されているので、フィ
ードバック補正制御に係る補正量が始動から時間が経過
する程漸次増大することとなり（図６参照）、もって、
空燃比を理論空燃比に近づけるような効果が漸次大きく
なり、制御性が悪化することもない。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１及び２記
載の発明の効果として、空燃比を目標空燃比にフィード
バック制御する内燃機関の空燃比制御装置において、機
関始動が検出された後は、空燃比フィードバック補正制
御定数設定手段により設定される空燃比フィードバック
補正係数の制御定数を小さい値に設定したので、始動後
増量補正係数Ｋ_ASにより燃料噴射量が増量補正されてい
る間に空燃比フィードバック制御が開始されても、空燃
比を急激にリーンに補正することが防止され、もって空
燃比がリーン限界を越えることを防止できることとな
り、オーバーリーンとなることが無く、機関回転速度も
安定し、ハンチングやエンストの発生を防止することが
できるという効果がある。

【００３６】さらに請求項３記載の発明の効果として、
空燃比フィードバック補正係数の制御定数が機関始動時
からの経過時間に基づいて漸次増大されるので、空燃比
フィードバック補正正義の制御性が悪化することもない
という効果がある。また、請求項４記載の発明の効果と
して、空燃比フィードバック補正量の制御定数が機関の
始動時における機関水温を含む条件に基づいて漸次増大
されるので、冷機時始動に係る燃焼の不安定にも対処す
ることが可能とな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】同上実施例の燃料噴射量演算ルーチンを示すフ
ローチャート。

【図４】同上実施例のフィードバック補正係数設定ルー
チンを示すフローチャート。

【図５】同上実施例の制御定数設定ルーチンを示すフロ
ーチャート。

【図６】同上実施例の作用，効果を示すタイムチャー
ト。

【図７】冷却水温と始動後増量補正係数の初期値との関
係を示す線図。

【図８】従来の課題を説明するタイムチャート。

【符号の説明】

１内燃機関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 18 スタートスイッチ

Claims

【特許請求の範囲】

【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、空燃比検出手段により検出される空燃比に基づいて空燃
比フィードバック補正量を増大または減少させて設定す
る空燃比フィードバック補正量設定手段と、前記空燃比フィードバック補正量設定手段により設定さ
れた空燃比フィードバック補正量に基づいて空燃比を目
標空燃比にフィードバック制御する空燃比フィードバッ
ク制御手段と、を備えた内燃機関の空燃比制御装置において、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機関始動が検出された後は、所定
時間は前記空燃比フィードバック補正量設定手段により
設定される空燃比フィードバック補正量の制御定数を小
さい値に設定する制御定数設定手段と、を含んで構成し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】空燃比フィードバック補正量設定手段は、
制御定数として比例定数と積分定数とを含んでフィード
バック補正量を設定する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】機関の始動からの経過時間を計測する経過
時間計測手段を設け、制御定数設定手段が、空燃比フィ
ードバック補正量の制御定数を前記経過時間に基づいて
漸次増大することを特徴とする請求項１または２に記載
の内燃機関の空燃比制御装置。
【請求項４】機関の始動時における機関水温を検出する
機関水温検出手段を設け、制御定数設定手段が、空燃比
フィードバック補正量の制御定数を前記機関水温を含む
条件に基づいて漸次増大することを特徴とする請求項１
〜３の何れか１つに記載の内燃機関の空燃比制御装置。