JP2001032739A - 内燃機関の空燃比制御装置 - Google Patents

内燃機関の空燃比制御装置

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JP2001032739A
JP2001032739A JP11205759A JP20575999A JP2001032739A JP 2001032739 A JP2001032739 A JP 2001032739A JP 11205759 A JP11205759 A JP 11205759A JP 20575999 A JP20575999 A JP 20575999A JP 2001032739 A JP2001032739 A JP 2001032739A
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air
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engine
internal combustion
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Yasuo Hirata
靖雄 平田
Hidehiko Asakuma
英彦 朝熊
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Denso Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 始動完爆直後から供給空燃比を適正に制御で
きるようにする。 【解決手段】 始動完爆直後から供給空燃比を適正に制
御した時のエンジン回転数の挙動特性を予め実験又はシ
ミュレーション等で求めて、これを目標エンジン回転数
TNeの挙動特性としてマップ又は数式等で記憶してお
く。完爆後の実エンジン回転数Neと目標エンジン回転
数TNeとの偏差に応じて第1の噴射補正量a1 を算出
し、また、吸入空気量等から予想した将来のエンジン回
転数と目標エンジン回転数TNeとの偏差に応じて第2
の噴射補正量a2 を算出する。更に、燃焼不安定度の積
算値IntFADに応じて算出した補正係数bで、噴射
補正量(a1 +a2 )を修正して最終的な噴射補正量a
を求める。この最終噴射補正量aを用いて燃料噴射量を
補正することで、完爆後の実エンジン回転数を目標エン
ジン回転数TNeに収束させるように完爆後の供給空燃
比を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関(エンジ
ン)の始動直後の空燃比制御方法を改善した内燃機関の
空燃比制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年の車両は、排ガスを三元触媒で効率
良く浄化するために、排気管に空燃比センサ(又は酸素
センサ)を設置し、この空燃比センサの出力に基づいて
排ガスの空燃比を理論空燃比にフィードバック制御する
ことが行われている。しかし、エンジンの始動直後は、
空燃比センサが活性化していないため、空燃比を正確に
検出することができない。このため、従来の一般的な空
燃比制御システムでは、始動後、冷却水温が所定温度以
上になるまでは、空燃比センサが活性化していないと判
断して、空燃比フィードバック制御を行わず、冷却水温
が所定温度以上になってから、空燃比センサが活性化し
たと判断して空燃比フィードバック制御を開始するよう
にしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の空燃比制御システムでは、エンジン始動が完了しても
空燃比センサが活性化するまでは、空燃比フィードバッ
ク制御が行われない。しかも、エンジン始動完爆直後
は、エンジン回転数が急上昇してオーバーシュートを経
てから安定状態に至るという複雑な挙動を示す。
【0004】これらの事情から、従来の空燃比制御シス
テムでは、始動直後は、供給空燃比を適切に制御するこ
とが困難であり、その結果、始動後の排気エミッション
(特にHC排出量)が増加して、将来、益々厳しくなる
排ガス規制に十分に対応することができない。また、揮
発性の低い重質燃料を使用した場合、エンジン温度が低
い始動直後は、吸気ポート内壁等に付着するウエット燃
料量が多くなって、供給空燃比がリーンになりやすく、
それによって、始動後すぐに失火が発生しやすくなり、
最悪の場合、エンジンストールが発生することがある。
【0005】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たものであり、従ってその目的は、始動完爆直後から供
給空燃比を適正に制御することができ、始動後の排気エ
ミッションを低減できると共に、始動後の失火やエンジ
ンストールを防止できる内燃機関の空燃比制御装置を提
供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項1の内燃機関の空燃比制御装置によ
れば、始動完爆後の機関回転数又はそれに応じて変化す
るトルク等のパラメータ(以下これらを「機関回転数パ
ラメータ」と総称する)の目標挙動特性を目標挙動特性
設定手段により設定し、空燃比制御手段によって、始動
完爆直後から機関回転数パラメータを目標挙動特性と比
較して該機関回転数パラメータを該目標挙動特性に収束
させるように供給空燃比を補正する。
【0007】内燃機関では、供給空燃比が変化すると、
機関回転数、トルク等の機関回転数パラメータが変化す
るため、機関回転数パラメータは実際の供給空燃比を反
映したパラメータとなる。従って、完爆直後から供給空
燃比を適正に制御した時の機関回転数パラメータの挙動
特性を予め実験又はシミュレーション等で求めて、これ
を目標挙動特性としてマップ、数式等で記憶しておき、
始動完爆直後から機関回転数パラメータを目標挙動特性
に収束させるように供給空燃比を補正すれば、始動完爆
直後から供給空燃比を適正に補正することができる。こ
のようにすれば、空燃比センサが活性化していなくて
も、また、始動完爆直後の機関回転数が複雑な挙動を示
しても、始動完爆直後から供給空燃比を適正に制御する
ことが可能となり、始動後の排気エミッションを低減で
きると共に、始動後の失火やエンジンストールを防止す
ることができる。
【0008】この場合、請求項2のように、少なくとも
始動時の冷却水温を考慮して目標挙動特性を設定するこ
とが好ましい。機関回転数を安定させる目標挙動特性
は、エンジン温度により相違し、また、エンジン温度が
低いほど、始動時の機関回転数の上昇が遅くなるため、
エンジン温度により目標挙動特性を設定する必要があ
る。それ故、少なくとも始動時の冷却水温(エンジン温
度の代用情報)を考慮して目標挙動特性を設定すれば、
機関回転数の安定性を確保し且つ始動時の機関回転数の
上昇を考慮した適正な目標挙動特性を設定することがで
きる。
【0009】また、請求項3のように、機関回転数パラ
メータの変動に基づいて燃焼不安定度を燃焼不安定度算
出手段により算出し、その燃焼不安定度に応じて供給空
燃比の補正量を制限又は修正しても良い。このようにす
れば、燃焼不安定度から失火発生レベルを早期に検出し
て、供給空燃比の補正量を、失火を抑える方向に制限又
は修正することができる。例えば、供給空燃比をリッチ
側に補正した時に、燃焼不安定度が増せば、リッチ側へ
の補正量を制限又は修正し、反対に、供給空燃比をリー
ン側に補正した時に、燃焼不安定度が増せば、リーン側
への補正量を制限又は修正する。これにより、失火が発
生しやすい運転状態の時でも、始動後の失火による車両
振動を運転者に感じさせない程度に抑えることができる
と共に、失火による排気エミッションの悪化も防止でき
る。
【0010】従来、回転変動を検出する場合、所定燃焼
間隔の最高回転数と最低回転数との差から求めていたた
め、始動完爆直後の急激な回転変動中は、完爆直後の回
転挙動特性からくる回転変動なのか、失火による回転変
動なのかを区別することができない。従って、従来の回
転変動検出法では、始動直後の燃焼不安定度を精度良く
検出することができない。
【0011】そこで、請求項4のように、複数の燃焼間
隔の機関回転数パラメータ変動値の平均値と、その複数
の燃焼間隔のうちの特定の燃焼間隔の機関回転数パラメ
ータ変動値とを比較して燃焼不安定度を算出するように
すると良い。ここで、複数の燃焼間隔の機関回転数パラ
メータ変動値の平均値は、その期間におけるエンジン回
転挙動による機関回転数パラメータの平均変動値であ
り、完爆直後の回転挙動特性からくる回転変動を評価す
るパラメータとなる。従って、複数の燃焼間隔の機関回
転数パラメータ変動値の平均値と、特定の燃焼間隔の機
関回転数パラメータ変動値とを比較すれば、完爆直後の
回転挙動特性を基準にして特定の燃焼間隔の回転変動を
評価することができる。これにより、完爆直後の急激な
回転変動中でも、失火特有の回転の落ち込みや吹き上が
りを区別することができ、燃焼不安定度を精度良く検出
することができる。
【0012】ところで、失火は、供給空燃比が過リーン
/過リッチのいずれの場合でも発生する。従来は、失火
と判断すると、供給空燃比をリッチ方向に補正するた
め、過リッチで失火が発生している場合は、供給空燃比
が更にリッチ側に補正されてしまい、その結果、益々、
失火が増加して、最悪の場合、エンジンストールが発生
することがあった。
【0013】そこで、請求項5のように、始動完爆後の
所定時期に供給空燃比を一時的に変化させる噴射ディザ
制御を噴射ディザ制御手段により実施し、この噴射ディ
ザ制御による機関回転数パラメータの変動に基づいて供
給空燃比のリッチ/リーンを空燃比判定手段により判定
すると良い。例えば、完爆後に過リッチで失火が発生し
ている時は、噴射ディザ制御により供給空燃比をリーン
方向に変化させると、失火が抑えられて、機関回転数
(トルク)が急上昇する。また、過リーンで失火が発生
している時は、噴射ディザ制御により供給空燃比を更に
リーン方向に変化させると、益々、失火が増加して、機
関回転数(トルク)が一時的に落ち込む。このような特
性から、噴射ディザ制御による機関回転数パラメータの
変動に基づいて供給空燃比のリッチ/リーンを判定する
ことができ、過リッチで失火が発生している時に、供給
空燃比のリッチ側への補正を未然に防止できる。
【0014】また、請求項6のように、内燃機関の負荷
状態から予想した機関回転数パラメータの予想変化量と
現在の機関回転数パラメータとに基づいて将来の機関回
転数パラメータを機関回転数パラメータ予想手段により
予想し、予想した将来の機関回転数パラメータを目標挙
動特性と比較して機関回転数パラメータを目標挙動特性
に収束させるように供給空燃比を補正するようにしても
良い。このようにすれば、実際に機関回転数パラメータ
が変化する前に、その変化量を予想して供給空燃比を補
正することができ、より早く機関回転数パラメータを目
標挙動特性に収束させることができる。
【0015】更に、請求項7のように、排ガスの空燃比
又はリッチ/リーンを検出する空燃比検出手段の出力信
号に基づいて空燃比フィードバック制御が開始された時
又はアクセルが操作された時に、供給空燃比の補正量を
徐々に補正無しの値に近づけるようにすると良い。つま
り、本発明の完爆後空燃比制御で用いる目標挙動特性
は、空燃比検出手段が活性化していない始動完爆後の無
負荷時の機関回転数パラメータに対する目標挙動特性で
あるため、空燃比フィードバック制御の開始後(空燃比
検出手段の活性後)や運転者がアクセルを操作した時
は、完爆後空燃比制御を終了し、通常の空燃比フィード
バック制御やアクセル操作に応じた燃料噴射制御に切り
換える必要がある。この制御の切換時に、完爆後空燃比
制御による供給空燃比の補正量を直ちに補正無しの値に
切り換えると、供給空燃比が急変してトルクショックが
発生し、運転者に不快感を与えてしまう。そこで、請求
項7のように、通常の空燃比フィードバック制御が開始
された時又はアクセルが操作された時に、供給空燃比の
補正量を徐々に補正無しの値に近づけるようにすれば、
供給空燃比の急変によるトルクショックを防止すること
ができる。
【0016】近年の内燃機関は、アイドル運転時に機関
回転数を目標アイドル回転数に一致させるように吸入空
気量を制御するアイドル回転数制御手段が搭載されてい
る。このアイドル回転数制御の目標アイドル回転数が機
関回転数の目標挙動特性の収束値と同じであると、完爆
後空燃比制御によって供給空燃比が適正値に制御される
前に、アイドル回転数制御により機関回転数が目標値近
傍に制御されてしまい、完爆後空燃比制御が有効に機能
しなくなってしまうおそれがある。
【0017】これを防止するために、請求項8のよう
に、機関回転数の目標挙動特性の収束値をアイドル回転
数制御の目標アイドル回転数よりも低い値に設定するこ
とが好ましい。このようにすれば、アイドル回転数制御
により機関回転数が目標アイドル回転数に到達した後で
も、完爆後空燃比制御を有効に働かせて、供給空燃比を
できるだけ薄くすることができ、排気エミッション(特
にHC)を低減することができる。
【0018】この場合、完爆後空燃比制御による補正ゲ
インがアイドル回転数制御による補正ゲインと同じであ
ると、両制御が相互干渉して機関回転数の挙動が不安定
になるため、請求項9のように、完爆後空燃比制御によ
る補正ゲインをアイドル回転数制御による補正ゲインよ
りも大きいゲインに設定すると良い。このようにすれ
ば、完爆後空燃比制御による補正量と比べてアイドル回
転数制御による補正量が相対的に小さく抑えられるた
め、両制御が相互干渉することを防止することができ
て、機関回転数の挙動が不安定になることを防止でき、
運転者に不快感を与えずに済む。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。まず、図1に基づいてエンジン制
御システム全体の概略構成を説明する。内燃機関である
エンジン11の吸気管12の最上流部には、エアクリー
ナ13が設けられ、このエアクリーナ13の下流側に
は、吸気温を検出する吸気温センサ14と吸入空気量を
検出するエアフローメータ15とが設けられている。更
に、エアフローメータ15の下流側には、スロットルバ
ルブ16とスロットル開度を検出するスロットル開度セ
ンサ17とが設けられている。また、吸気管12には、
吸入空気の一部がスロットルバルブ16をバイパスして
流れるバイパス空気通路18が接続され、このバイパス
空気通路18の途中に、バイパス空気流量を制御してア
イドル回転数を制御するアイドルスピードコントロール
バルブ(以下「ISCバルブ」と表記する)19が設け
られている。
【0020】エンジン11の各気筒に空気を導入する吸
気マニホールド20の各気筒の分岐管部には、それぞれ
燃料を噴射する燃料噴射弁21が取り付けられている。
また、エンジン11の排気管22には、排ガスの空燃比
に応じたリニアな空燃比信号を出力する空燃比センサ2
3(空燃比検出手段)が設けられている。尚、空燃比セ
ンサ23に代えて、排ガスの空燃比のリッチ/リーンを
検出する酸素センサを用いるようにしても良い。空燃比
センサ23の下流側には、排ガス中の有害成分(CO,
HC,NOx等)を浄化する三元触媒等の触媒(図示せ
ず)が設置されている。
【0021】このエンジン11には、冷却水温を検出す
る冷却水温センサ24と、エンジン回転数を検出する回
転数センサ25とが取り付けられている。この回転数セ
ンサ25から出力される回転数信号は、図2に示すよう
に、エンジン制御回路26内の回転数カウンタ27でカ
ウントされ、回転数信号の周波数からエンジン回転数が
算出される。
【0022】エンジン制御回路26は、MPU28,R
AM29,ROM30,タイマ31等からなるマイクロ
コンピュータを主体として構成され、回転数カウンタ2
7の出力信号に基づいて各種の割込みルーチンを起動す
るための割込み信号を発生する割込み制御部32、バッ
テリ33からイグニッションスイッチ34を介して電源
が供給される電源回路35等を備えている。エンジン制
御回路26は、各種センサの出力信号をデジタル入力ポ
ート36とアナログ入力ポート37を介してMPU28
に読み込んで演算し、その演算により求めた制御信号を
各出力ポート38,39から各駆動回路40,41に出
力して、燃料噴射弁21やISCバルブ19の動作を制
御することで、後述する完爆後空燃比制御、空燃比フィ
ードバック制御、アイドル回転数制御等を行う。
【0023】この場合、エンジン11の始動完爆後で
も、空燃比センサ23が活性化していない時は、排ガス
の空燃比を検出できないため、空燃比センサ23の出力
に基づく空燃比フィードバック制御を行うことができな
い。
【0024】そこで、エンジン制御回路26は、図3〜
図5に示す完爆後空燃比制御プログラムを実行すること
で、始動完爆後のエンジン回転数の目標挙動特性を設定
して実エンジン回転数を目標挙動特性に収束させるよう
に燃料噴射量(供給空燃比)を補正する。以下、この制
御を行う図3〜図5の完爆後空燃比制御プログラムの処
理内容を説明する。
【0025】この完爆後空燃比制御プログラムは、例え
ば点火タイミング毎(6気筒エンジンでは120℃A
毎)に起動され、特許請求の範囲でいう空燃比制御手段
としての役割を果たす。本プログラムが起動されると、
まず、ステップ101で、完爆後か否かを、エンジン回
転数が完爆判定回転数(例えば250〜400rpm)
を越えたか否かにより判定し、もし、完爆前であれば、
ステップ102に進み、燃料噴射補正量aを補正無しを
意味する「1」に設定して本プログラムを終了する。こ
の場合は、完爆後空燃比制御は開始されず、燃料噴射量
の補正は行われない。
【0026】その後、完爆後と判定されたときに、ステ
ップ103,104で、次の,の完爆後空燃比制御
実行条件が成立しているか否かを判定する。 無負荷であること、つまり、車両停止中で且つスロッ
トル全閉であること(ステップ103) 空燃比フィードバック制御開始前であること(ステッ
プ104) これら2つの条件が共に成立した時に、完爆後空燃比制
御実行条件が成立するが、いずれか一方でも条件が成立
しなければ、完爆後空燃比制御実行条件が不成立とな
る。
【0027】完爆後空燃比制御実行条件の成立中は、ス
テップ107〜128の処理により実エンジン回転数を
目標挙動特性に収束させるように燃料噴射補正量aを算
出するが、もし、運転者がアクセルを操作したり、或
は、空燃比フィードバック制御が開始されて、完爆後空
燃比制御実行条件が不成立となると、ステップ103又
は104からステップ105に進み、徐変量cを算出
し、次のステップ106で、この徐変量cを燃料噴射補
正量aに加算して第1の燃料噴射補正量a1 (=a+
c)を設定すると共に、第2の燃料噴射補正量a2 =0
とした後、図5のステップ121に進む。これにより、
完爆後空燃比制御実行条件が不成立になっている間は、
燃料噴射補正量aが徐々に「1」(補正無しの値)に近
付くように、徐変量cがステップ105を通過する毎に
徐変される。
【0028】一方、完爆後空燃比制御実行条件の成立中
は、ステップ107に進み、完爆後のエンジン運転時間
と始動時の冷却水温を基に、完爆後のエンジン運転時間
に応じた目標エンジン回転数TNe(図7〜図9参照)
をマップ又は数式により算出する。この算出を行うに際
して、予め、完爆後に供給空燃比を適正に制御した時の
エンジン回転数の挙動特性を実験又はシミュレーション
等で求めて、これを目標エンジン回転数TNeの挙動特
性としてマップ又は数式でROM30に記憶しておき、
このマップ又は数式を用いて、始動時の冷却水温と完爆
後のエンジン運転時間に応じた目標エンジン回転数TN
eを算出すれば良い。この目標エンジン回転数TNeの
挙動特性の収束値は、後述する図6のアイドル回転数制
御の目標アイドル回転数INeよりも低い値となるよう
に設定されている。このステップ107の処理が特許請
求の範囲でいう目標挙動特性設定手段に相当する役割を
果たす。
【0029】尚、目標エンジン回転数TNeの挙動特性
を、始動時の冷却水温の他に、始動前のエンジン停止時
間も考慮に入れて設定しても良い。始動前のエンジン停
止時間がある程度短い時間であれば、始動前のエンジン
停止時間も、エンジン温度、空燃比センサ23の温度、
触媒温度に影響するためである。また、冷却水温の他
に、エアコン負荷、トルコン負荷、電気負荷等のいずれ
かも考慮して目標エンジン回転数TNeの挙動特性を設
定しても良い。
【0030】目標エンジン回転数TNeの算出後、ステ
ップ108に進み、実エンジン回転数Neと目標エンジ
ン回転数TNeとの偏差(実回転数偏差)ΔNeを次式
により算出する。 ΔNe=Ne−TNe
【0031】この後、ステップ109で、完爆後の供給
空燃比の補正が必要であるか否かを判断するために、Δ
Ne>0又はΔNe<判定値(−K)であるか否かを判
定する。ここで、判定値(−K)は、実エンジン回転数
Neと吸入空気量Gnとに応じてマップ又は数式により
算出される。尚、判定値(−K)は固定値として処理を
簡略化しても良い。
【0032】この場合、実エンジン回転数Neが目標エ
ンジン回転数TNeよりも高い場合(ΔNe>0)は、
供給空燃比のリーン側への補正が必要と判断する。ま
た、実エンジン回転数Neが目標エンジン回転数TNe
よりも低い場合は、その回転数偏差ΔNeが|−K|よ
りも大きい時に、供給空燃比のリッチ側への補正が必要
と判断する。これは、過リーンによる失火を防止するた
めである。その他の場合(0≧ΔNe≧−K)は、実エ
ンジン回転数Neが目標エンジン回転数TNeと等しい
か、目標エンジン回転数TNeより少し低いだけである
から、供給空燃比を補正する必要がないと判断して、ス
テップ105→106→…と進み、燃料噴射補正量aを
徐々に補正無しの値「1」に近付けていく。
【0033】これに対して、ΔNe>0又はΔNe<−
Kの場合は、供給空燃比の補正が必要と判断して、図4
のステップ110に進み、噴射ディザ実行フラグDDF
が噴射ディザ制御の未実施を意味する「0」で、且つ、
完爆後のエンジン運転時間が所定時間Tを越えたか否か
を判定することで、噴射ディザ制御の実行タイミングに
なったか否かを判定する。ここで、所定時間T(噴射デ
ィザ制御の開始タイミング)は、始動時の冷却水温に応
じてマップ又は数式により算出される。始動時の冷却水
温によって目標エンジン回転数TNeの挙動特性が異な
るためである。但し、所定時間Tは固定値として処理を
簡略化しても良い。尚、噴射ディザ実行フラグDDF
は、電源投入時の初期化処理により「0」にリセットさ
れる。
【0034】もし、ステップ110で、噴射ディザ実行
フラグDDF=1(噴射ディザ制御実行済み)、又は、
完爆後のエンジン運転時間が所定時間T以下であれば、
噴射ディザ制御(ステップ111〜115)を行わずに
ステップ116に進む。
【0035】一方、ステップ110で、噴射ディザ実行
フラグDDF=0(噴射ディザ制御の未実施)で、且
つ、完爆後のエンジン運転時間が所定時間Tを越えたと
判定された場合は、噴射ディザ制御の実行タイミングと
判断して、ステップ111に進み、燃料噴射量を減量す
る噴射ディザ制御を数噴射(1噴射でも可)分、実施し
て、供給空燃比を数噴射(1噴射でも可)分、リーン方
向に変化させる。この噴射ディザ制御は、図7〜図9に
示すように完爆後のエンジン回転数が上昇する時期に実
施される。この後、ステップ112で、噴射ディザ制御
前後のエンジン回転変動量偏差ΔDを次式により算出す
る。
【0036】 ΔD={Ne(i) −Ne(i-1) }−{Ne(i-2) −Ne
(i-3) } ここで、Ne(i) は今回のエンジン回転数、Ne(i-1)
は1噴射前のエンジン回転数、Ne(i-2) は2噴射前の
エンジン回転数、Ne(i-3) は3噴射前のエンジン回転
数である。{Ne(i) −Ne(i-1) }は噴射ディザ制御
によるエンジン回転数変動量であり、{Ne(i-2) −N
e(i-3) }は噴射ディザ制御前のエンジン回転数変動量
である。この噴射ディザ制御前後のエンジン回転変動量
偏差ΔDは、噴射ディザ制御前後のエンジン回転数Ne
の変動挙動を評価するパラメータとなる。
【0037】この後、ステップ113で、噴射ディザ制
御前後のエンジン回転変動量偏差ΔDに基づいて推定供
給空燃比EAFを算出する。例えば、図7に示すよう
に、完爆直後の供給空燃比がリッチでエンジン回転数N
eが目標エンジン回転数TNeよりも高く上昇する場合
は、噴射ディザ制御により供給空燃比をリーン方向に変
化させても、エンジン回転数Neの上昇が一時的に鈍る
だけであるが、図8に示すように、完爆直後の供給空燃
比が過リーンで失火が発生してエンジン回転数Neの上
昇が低く抑えられる場合は、噴射ディザ制御を行うと、
供給空燃比が益々リーンになってエンジン回転数Neが
一時的に落ち込む。また、図9に示すように、完爆直後
の供給空燃比が過リッチで失火が発生してエンジン回転
数Neの上昇が低く抑えられる場合は、噴射ディザ制御
により供給空燃比をリーン方向に変化させると、供給空
燃比が適正化されて失火が抑えられ、エンジン回転数N
eが急上昇する。このような特性から、噴射ディザ制御
前後のエンジン回転数Neの変動挙動(エンジン回転変
動量偏差ΔD)に基づいて供給空燃比を推定することが
可能となる。
【0038】推定供給空燃比EAFの算出後、ステップ
114に進み、推定供給空燃比EAFから供給空燃比の
リッチ/リーンを判定し、その判定結果に応じて空燃比
フラグAFFを設定する。これらステップ112〜11
4の処理が特許請求の範囲でいう空燃比判定手段として
の役割を果たす。この後、ステップ115で、噴射ディ
ザ実行フラグDDFを、噴射ディザ制御の実行済みを意
味する「1」にセットした後、ステップ116に進み、
実エンジン回転数Neと目標エンジン回転数TNeとの
偏差(実回転数偏差)ΔNeと空燃比フラグAFFとに
基づいて第1の燃料噴射補正量a1 を算出する。この
際、空燃比フラグAFFが「リッチ」の場合は、実回転
数偏差ΔNeが大きくなるほど、第1の燃料噴射補正量
a1 は、燃料噴射量の減量補正量を大きくするように設
定される。
【0039】第1の燃料噴射補正量a1 の算出後は、ス
テップ117〜120で、第2の燃料噴射補正量a2 を
次のようにして算出する。まず、ステップ117で、エ
アフローメータ15の検出信号から1気筒当りの吸入空
気量Gn1 を算出し、この吸入空気量Gn1 からエンジ
ン回転数の予想変化量DNeを算出する。尚、吸入空気
量以外に、吸気圧、スロットル開度等からエンジン回転
数の予想変化量DNeを算出するようにしても良い。
【0040】次のステップ118で、現在のエンジン回
転数Neに予想変化量DNeを加算して予想エンジン回
転数MNeを求める。 MNe=Ne+DNe これらのステップ117,118の処理が特許請求の範
囲でいう機関回転数パラメータ予想手段としての役割を
果たす。
【0041】この後、ステップ119に進み、予想エン
ジン回転数MNeと目標エンジン回転数TNeとの偏差
(以下「予想回転数偏差」という)ΔMNeを次式によ
り算出する。 ΔMNe=MNe−TNe 次のステップ120で、空燃比フラグAFFと予想回転
数偏差ΔMNeとに基づいて、第2の燃料噴射補正量a
2 を算出する。この際、空燃比フラグAFFが「リッ
チ」の場合は、予想回転数偏差ΔMNeが大きくなるほ
ど、第2の燃料噴射補正量a2 は、燃料噴射量の減量補
正量を大きくするように設定される。
【0042】第2の燃料噴射補正量a2 の算出後は、図
5のステップ121〜127で燃焼不安定度に応じた燃
料噴射補正係数bを次のようにして算出する。まず、ス
テップ121で、連続する複数(例えば6個)の燃焼間
隔の回転変動の平均値ΔDavを次式により算出する。 ΔDav=[{Ne(i) −Ne(i-1) }+{Ne(i-1) −Ne(i-2) } +……+{Ne(i-5) −Ne(i-6) }]/6
【0043】この後、ステップ122に進み、複数の燃
焼間隔のうちの特定の燃焼間隔(例えば3点火前から2
点火前)の回転変動値ΔDttを次式により算出する。 ΔDtt=Ne(i-2) −Ne(i-3) 次のステップ123で、特定の燃焼間隔の回転変動値Δ
Dttと回転変動平均値ΔDavとの偏差の絶対値を燃
焼不安定度FADとして求める。 FAD=|ΔDtt−ΔDav|
【0044】この後、ステップ124に進み、前回まで
の燃焼不安定度の積算値IntFAD(i-1) に今回の燃
焼不安定度FADを加算し、この値から時間減衰項GF
ADを減算して燃焼不安定度の積算値IntFADを更
新する。 IntFAD=IntFAD(i-1) +FAD−GFAD ここで、時間減衰項GFADは、時間経過による回転変
動の減衰を考慮するための補正項であり、エンジン回転
数Neと吸入空気量Gnとに応じてマップ又は数式によ
り設定される。これらのステップ121〜124の処理
が特許請求の範囲でいう燃焼不安定度算出手段としての
役割を果たす。
【0045】この後、ステップ125に進み、燃焼不安
定度の積算値IntFADが判定値Lよりも大きいか否
かを判定する。判定値Lは、エンジン回転数Neと吸入
空気量Gnとに応じてマップ又は数式により設定され
る。尚、判定値Lは、固定値として処理を簡略化しても
良い。もし、燃焼不安定度の積算値IntFADが判定
値L以下であれば、燃焼状態が比較的安定しており、燃
焼不安定度に応じた燃料噴射量の補正の必要がないと判
断して、ステップ126に進み、燃焼不安定度に応じた
燃料噴射補正係数bを、補正無しを意味する「1」に設
定する。
【0046】一方、燃焼不安定度の積算値IntFAD
が判定値Lよりも大きい場合には、燃焼状態が不安定で
あり、燃焼不安定度に応じた燃料噴射量の補正の必要が
あると判断して、ステップ127に進み、燃焼不安定度
の積算値IntFADと空燃比フラグAFFと実回転数
偏差ΔNeとに基づいて、燃焼不安定度に応じた燃料噴
射補正係数bを算出する。
【0047】このようにして、ステップ126又は12
7で、燃焼不安定度に応じた燃料噴射補正係数bを設定
した後、ステップ128に進み、実回転数偏差ΔNeに
応じた第1の燃料噴射補正量a1 と、予想回転数偏差Δ
MNeに応じた第2の燃料噴射補正量a2 と、燃焼不安
定度に応じた燃料噴射補正係数bとから最終的な燃料噴
射補正量aを次式により算出する。 a=(a1 +a2 )×b
【0048】この最終的な燃料噴射補正量aを用いて燃
料噴射量を補正して、完爆後のエンジン回転数Neが目
標エンジン回転数TNeに収束するように制御すること
で、完爆後の供給空燃比を適正に制御する。
【0049】次に、図6に示すアイドル回転数制御プロ
グラムを説明する。本プログラムは所定時間毎又は所定
クランク角毎に繰り返し実行され、特許請求の範囲でい
うアイドル回転数制御手段としての役割を果たす。本プ
ログラムが起動されると、まずステップ201で、アイ
ドル回転数制御実行条件が成立しているか否かを判定す
る。ここで、アイドル回転数制御実行条件は、例えば、
スロットルバルブ16が全閉であること、車速が所定値
以下であること等である。これらの条件を全て満たせ
ば、アイドル回転数制御実行条件が成立するが、いずれ
か1つでも満たさない条件があれば、アイドル回転数制
御実行条件が不成立となる。
【0050】もし、アイドル回転数制御実行条件が不成
立であれば、ステップ202に進み、バイパス空気補正
量dを補正無しの値「0」に設定して本プログラムを終
了する。この場合は、アイドル回転数制御は開始され
ず、バイパス空気流量の補正は行われない。
【0051】一方、アイドル回転数制御実行条件が成立
していれば、ステップ203に進み、冷却水温、エアコ
ン負荷、トルコン負荷、電気負荷等に応じた目標アイド
ル回転数INeをマップ又は数式により算出する。この
際、目標アイドル回転数INeは、図3〜図5の完爆後
空燃比制御で用いる目標エンジン回転数TNeの挙動特
性の収束値よりも高い値となるように設定される。その
後、ステップ204で、現在のエンジン回転数Neと目
標アイドル回転数INeとの回転数偏差ΔINeを次式
により算出する。 ΔINe=Ne−INe
【0052】この後、ステップ205で、回転数偏差Δ
INeに基づいてマップ又は数式等によりバイパス空気
補正量dを算出する。この際、回転数偏差ΔINeが大
きくなるほど、バイパス空気補正量dを大きくするよう
に設定する。その後、ステップ206で、バイパス空気
補正量dに基づいてISCバルブ19の制御量を算出
し、次のステップ207で、この制御量の信号をISC
バルブ19に出力してISCバルブ19の開度を調整す
る。これにより、アイドル回転数制御実行条件成立中
は、バイパス空気補正量dに応じてバイパス空気流量が
補正され、エンジン回転数Neが目標アイドル回転数I
Neに一致するようにフィードバック制御される。
【0053】ところで、このアイドル回転数制御による
補正ゲインが図3〜図5の完爆後空燃比制御による補正
ゲインがと同じであると、両制御が相互干渉してエンジ
ン回転数の挙動が不安定になり、車両の振動が発生して
運転者に不快感を与えてしまう。
【0054】そこで、完爆後空燃比制御による補正ゲイ
ンをアイドル回転数制御による補正ゲインよりも大きい
ゲインに設定し、換言すれば、アイドル回転数制御によ
る補正ゲインを完爆後空燃比制御による補正ゲインより
も小さく設定することが望ましい。このようにすれば、
完爆後空燃比制御による補正量と比べてアイドル回転数
制御による補正量が相対的に小さく抑えられるため、両
制御が相互干渉することを防止できて、エンジン回転数
の挙動が不安定になることを防止でき、運転者に不快感
を与えずに済む。
【0055】次に、完爆後空燃比制御の効果を図7〜図
9を用いて説明する。図7は、完爆直後の供給空燃比が
リッチでエンジン回転数が高く上昇する場合の制御例を
示している。従来は、完爆後のエンジン回転数が目標エ
ンジン回転数TNeよりもかなり高く上昇し、供給空燃
比がリッチの状態が比較的長く続くため、完爆後の燃料
消費量が多くなると共に、排気エミッション(特にHC
排出量)も増加する。
【0056】これに対し、本実施形態では、完爆後に図
3〜図5の完爆後空燃比制御を実施するため、完爆直後
の供給空燃比がリッチでエンジン回転数が目標エンジン
回転数TNeよりも高く上昇する場合には、完爆後空燃
比制御により供給空燃比がリーン側に補正される。その
結果、始動後の燃料消費量が従来より少なくなると共
に、排気エミッション(特にHC排出量)も低減され
る。
【0057】また、図8は、完爆直後の供給空燃比が過
リーンで失火が発生してエンジン回転数の上昇が低く抑
えられる場合の制御例を示している。従来は、失火によ
り完爆後のエンジン回転数が目標エンジン回転数TNe
よりもかなり低くなってしまい、エンジン回転数の挙動
が不安定になり、車両の振動が発生して運転者に不快感
を与えてしまう。しかも、失火により排気エミッション
(特にHC排出量)が増加する。
【0058】これに対し、本実施形態では、完爆直後の
供給空燃比が過リーンの場合は、完爆後空燃比制御によ
り供給空燃比がリッチ側に補正される。その結果、供給
空燃比が適正化されて過リーンによる失火が抑えられ、
排気エミッション(特にHC排出量)が低減される。し
かも、エンジン回転数が上昇して目標エンジン回転数T
Neに近付くため、エンジン回転数の挙動が安定して車
両の振動が防止され、運転者に不快感を与えずに済む。
【0059】また、図9は、完爆直後の供給空燃比が過
リッチで失火が発生してエンジン回転数の上昇が低く抑
えられる場合の制御例を示している。従来は、失火によ
り完爆後のエンジン回転数が目標エンジン回転数TNe
よりもかなり低くなってしまい、エンジン回転数の挙動
が不安定になり、車両の振動が発生して運転者に不快感
を与えてしまう。しかも、過リッチによる失火で排気エ
ミッション(特にHC排出量)もかなり悪化する。
【0060】これに対し、本実施形態では、完爆直後の
供給空燃比が過リッチの場合は、完爆後空燃比制御によ
り供給空燃比がリーン側に補正される。その結果、供給
空燃比が適正化されて過リッチによる失火が抑えられ、
排気エミッション(特にHC排出量)が低減される。し
かも、失火が抑えられることで、エンジン回転数が上昇
して目標エンジン回転数TNeに近付くため、エンジン
回転数の挙動が安定して車両の振動が防止され、運転者
に不快感を与えずに済む。
【0061】以上の説明から明らかなように、本実施形
態では、完爆後空燃比制御により完爆後のエンジン回転
数Neを目標エンジン回転数TNeに収束させるよう
に、完爆後の供給空燃比を補正するため、空燃比センサ
23が活性化していなくても、また、完爆直後のエンジ
ン回転数が複雑な挙動を示しても、完爆直後から供給空
燃比を適正に制御することが可能となり、始動後の排気
エミッションを低減できると共に、始動後の失火やエン
ジンストールを防止することができる。
【0062】しかも、完爆後空燃比制御に用いる目標エ
ンジン回転数TNeを始動時の冷却水温を考慮して設定
するので、エンジン回転数の安定性と始動時のエンジン
回転数の上昇を考慮した適正な目標エンジン回転数TN
eを設定することができて、エンジン温度に左右されな
い安定した始動後アイドル特性を確保することができ
る。
【0063】また、本実施形態では、始動完爆後の所定
時期に供給空燃比を一時的にリーン方向に変化させる噴
射ディザ制御を行い、この噴射ディザ制御前後のエンジ
ン回転変動量偏差ΔDに基づいて供給空燃比のリッチ/
リーンを判定するようにしたので、失火が発生してエン
ジン回転数の上昇が低く抑えられる場合に、過リッチで
失火が発生しているのか、過リーンで失火が発生してい
るのかを判別することができ、過リッチで失火が発生し
ている時に、供給空燃比のリッチ側への補正を未然に防
止することができる。
【0064】しかも、エンジン負荷状態から予想したエ
ンジン回転数の予想変化量DNeを現在のエンジン回転
数Neに加算して次回の予想エンジン回転数MNeを求
め、この予想エンジン回転数MNeと目標エンジン回転
数TNeとの偏差(予想回転数偏差)ΔMNeを用いて
第2の燃料噴射補正量a2 を算出するようにしたので、
実際にエンジン回転数が変化する前に、その変化量を予
想して供給空燃比を補正することができ、より早くエン
ジン回転数を目標エンジン回転数TNeに収束させるこ
とができる。
【0065】また、本実施形態では、回転変動に基づい
て燃焼不安定度FADを算出するので、この燃焼不安定
度FADの積算値IntFADから失火発生レベルを早
期に検出することができる。これにより、燃焼不安定度
FADの積算値IntFADに応じて、失火発生レベル
に対する燃料噴射補正係数bを設定して、この燃料噴射
補正係数bによって燃料噴射補正量(a1 +a2 )を失
火を抑える方向に修正できるため、失火が発生しやすい
運転状態の時でも、失火による車両振動を運転者に感じ
させない程度に抑えることができると共に、失火による
排気エミッションの悪化も防止できる。
【0066】また、本実施形態では、完爆後空燃比制御
中に、運転者がアクセルを操作した時や空燃比センサ2
3の出力に基づく通常の空燃比フィードバック制御が開
始された時には、燃料噴射補正量aを徐々に補正無しの
値に近づけていくため、供給空燃比の急変によるトルク
ショックの発生を未然に防止できる。
【0067】ところで、完爆後空燃比制御の目標エンジ
ン回転数TNeの収束値がアイドル回転数制御の目標ア
イドル回転数INeと同じであると、完爆後空燃比制御
によって供給空燃比が適正値に制御される前に、アイド
ル回転数制御よりエンジン回転数が目標エンジン回転数
TNe近傍に制御されてしまい、完爆後空燃比制御が有
効に機能しなくなってしまうおそれがある。
【0068】その点、本実施形態では、完爆後空燃比制
御の目標エンジン回転数TNeの収束値をアイドル回転
数制御の目標アイドル回転数INeよりも低い値に設定
しているので、アイドル回転数制御によりエンジン回転
数が目標アイドル回転数INeに到達した後でも、完爆
後空燃比制御を有効に働かせて、供給空燃比をできるだ
け薄くすることができ、排気エミッション(特にHC)
を低減することができる。
【0069】以上説明した実施形態では、完爆後空燃比
制御を実施する際に、目標エンジン回転数TNeの挙動
特性を設定するようにしたが、例えば、目標エンジント
ルクの挙動特性を設定し、完爆後の実エンジントルクが
目標エンジントルクに収束するように、供給空燃比を補
正するようにしても良い。要は、完爆後のエンジン回転
数又はそれに応じて変化するエンジントルク等のパラメ
ータの目標挙動特性を設定し、このパラメータを該目標
挙動特性に収束させるように供給空燃比を補正すれば良
い。
【0070】また、供給空燃比を補正する場合に、燃料
噴射量の補正の代わりに、例えば、キャニスタから吸気
管12へパージする燃料蒸発ガスのパージ流量を補正し
て供給空燃比を補正するようにしても良い。
【0071】また、本実施形態では、アイドル運転時に
ISCバルブ19の開度を制御してバイパス空気量を調
整してエンジン回転数を目標アイドル回転数INeに一
致させるようにしたが、アイドル運転時にスロットルバ
ルブ16の全閉位置をモータ等で制御してスロットルバ
ルブ16の隙間を通過する空気量を制御することで、エ
ンジン回転数を目標アイドル回転数INeに一致させる
ようにしても良い。
【0072】その他、本発明は図3〜図5のプログラム
で算出する3つの補正量a1 ,a2,bのいずれかの算
出処理を省略したり、燃焼不安定度FADを他の方法で
算出しても良く、また、噴射ディザ制御を複数回実施し
ても良い等、要旨を逸脱しない範囲内で、種々変更して
実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示すエンジン制御システ
ム全体の概略構成図
【図2】制御系の電気的構成を示すブロック図
【図3】完爆後空燃比制御プログラムの処理の流れを示
すフローチャート(その1)
【図4】完爆後空燃比制御プログラムの処理の流れを示
すフローチャート(その2)
【図5】完爆後空燃比制御プログラムの処理の流れを示
すフローチャート(その3)
【図6】アイドル回転数制御プログラムの処理の流れを
示すフローチャート
【図7】完爆直後の供給空燃比がリッチでエンジン回転
数が高く上昇する場合の制御例を示すタイムチャート
【図8】完爆直後の供給空燃比が過リーンで失火が発生
してエンジン回転数の上昇が低く抑えられる場合の制御
例を示すタイムチャート
【図9】完爆直後の供給空燃比が過リッチで失火が発生
してエンジン回転数の上昇が低く抑えられる場合の制御
例を示すタイムチャート
【符号の説明】
11…エンジン(内燃機関)、12…吸気管、15…エ
アフローメータ、16…スロットルバルブ、18…バイ
パス空気通路、19…ISCバルブ(アイドル回転数制
御手段)、21…燃料噴射弁、22…排気管、23…空
燃比センサ(空燃比検出手段)、24…冷却水温セン
サ、25…回転数センサ、26…エンジン制御回路(空
燃比制御手段,目標挙動特性設定手段,燃焼不安定度算
出手段,機関回転数パラメータ予想手段,空燃比判定手
段,噴射ディザ制御手段,アイドル回転数制御手段,空
燃比フィードバック制御手段)。
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Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内燃機関の供給空燃比を制御する内燃機
    関の空燃比制御装置において、 始動完爆後の機関回転数又はそれに応じて変化するパラ
    メータ(以下これらを「機関回転数パラメータ」と総称
    する)の目標挙動特性を設定する目標挙動特性設定手段
    と、 始動完爆直後から前記機関回転数パラメータを前記目標
    挙動特性と比較して該機関回転数パラメータを該目標挙
    動特性に収束させるように供給空燃比を補正する空燃比
    制御手段とを備えていることを特徴とする内燃機関の空
    燃比制御装置。
  2. 【請求項2】 目標挙動特性設定手段は、少なくとも始
    動時の冷却水温を考慮して前記目標挙動特性を設定する
    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。
  3. 【請求項3】 前記機関回転数パラメータの変動に基づ
    いて燃焼不安定度を算出する燃焼不安定度算出手段を備
    え、 前記空燃比制御手段は、前記燃焼不安定度算出手段で算
    出した燃焼不安定度に応じて前記供給空燃比の補正量を
    制限又は修正することを特徴とする請求項1又は2に記
    載の内燃機関の空燃比制御装置。
  4. 【請求項4】 前記燃焼不安定度算出手段は、複数の燃
    焼間隔の機関回転数パラメータ変動値の平均値と、前記
    複数の燃焼間隔のうちの特定の燃焼間隔の機関回転数パ
    ラメータ変動値とを比較して前記燃焼不安定度を算出す
    ることを特徴とする請求項3に記載の内燃機関の空燃比
    制御装置。
  5. 【請求項5】 始動完爆後の所定時期に供給空燃比を一
    時的に変化させる噴射ディザ制御を行う噴射ディザ制御
    手段と、 前記噴射ディザ制御による前記機関回転数パラメータの
    変動に基づいて供給空燃比のリッチ/リーンを判定する
    空燃比判定手段とを備えていることを特徴とする請求項
    1乃至4のいずれかに記載の内燃機関の空燃比制御装
    置。
  6. 【請求項6】 内燃機関の負荷状態から予想した機関回
    転数パラメータの予想変化量と現在の機関回転数パラメ
    ータとに基づいて将来の機関回転数パラメータを予想す
    る機関回転数パラメータ予想手段を備え、 前記空燃比制御手段は、前記機関回転数パラメータ予想
    手段で予想した将来の機関回転数パラメータを前記目標
    挙動特性と比較して前記機関回転数パラメータを前記目
    標挙動特性に収束させるように供給空燃比を補正するこ
    とを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の内燃
    機関の空燃比制御装置。
  7. 【請求項7】 排ガスの空燃比又はリッチ/リーンを検
    出する排ガス空燃比検出手段と、この排ガス空燃比検出
    手段の出力信号に基づいて排ガスの空燃比を目標値に一
    致させるように供給空燃比を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、 前記空燃比制御手段は、前記空燃比フィードバック制御
    手段によるフィードバック制御が開始された時又はアク
    セルが操作された時に前記供給空燃比の補正量を徐々に
    補正無しの値に近づけていくことを特徴とする請求項1
    乃至6のいずれかに記載の内燃機関の空燃比制御装置。
  8. 【請求項8】 内燃機関のアイドル運転時に機関回転数
    を目標アイドル回転数に一致させるように吸入空気量を
    補正するアイドル回転数制御手段を備え、前記目標挙動
    特性設定手段は、機関回転数の目標挙動特性の収束値を
    前記目標アイドル回転数よりも低い値に設定することを
    特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の内燃機関
    の空燃比制御装置。
  9. 【請求項9】 前記空燃比制御手段による補正ゲイン
    は、前記アイドル回転数制御手段による補正ゲインより
    も大きいゲインに設定されていることを特徴とする請求
    項8に記載の内燃機関の空燃比制御装置。
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