JP3641016B2 - 内燃エンジンの空燃比フィードバック制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、内燃エンジンの排気系に設けられた排気濃度検出器の出力に基づいて内燃エンジンに供給する混合気の空燃比を制御する空燃比フィードバック制御装置に関し、特に空調装置（以下「エアコン」という）を備えた車両に搭載される内燃エンジンの空燃比フィードバック制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、エンジンが減速状態になったときは、エンジンに供給される混合気の空燃比フィードバック制御を停止して燃料の供給を遮断すると共に、エンジンの回転数が所定回転数まで低下し、空燃比の制御領域が空燃比フィードバック制御を再開すべき領域（以下「アイドル空燃比フィードバック制御領域」という）になると、空燃比フィードバック制御による燃料供給を再開する手法が知られている。
【０００３】
さらに、エアコンの作動等によりエンジンの負荷が大きいときには、エンジンストールを防止するために、燃料供給を遮断するエンジンの所定回転数を、エンジンの負荷が小さいときよりも高い値に設定するようにした燃料噴射装置も既に知られている（特公昭５５−３４２９５号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、エンジンが減速状態になった場合にエアコンが作動しているときにおいて、上記従来の燃料噴射装置では、上記燃料供給遮断回転数を高い値に設定するのみであったので、燃料供給遮断回転数が高いことにより該回転数以下の運転領域では必要以上に燃料が供給され、燃費が悪化するおそれがあるという問題があった。
【０００５】
また、エンジン減速時には、吸気管壁等に付着した燃料の気化が促進される一方、補助空気量制御は遅れぎみとなり、その上エアコン作動時には復帰回転数を高くすることによりフューエルカット領域がより狭くなるため、エンジンへの供給空燃比がリッチ化傾向となり易い。そしてエンジン減速時の供給空燃比がリッチ化傾向になると、アイドル空燃比フィードバック制御開始直後においては、排気濃度検出器の出力に応じて設定される空燃比補正係数は供給空燃比をリーン方向へ補正する値となり、さらにはエンジンの運転状態がアイドル状態であり空燃比の制御速度（空燃比補正係数の補正速度）が遅いため、供給空燃比のリーン状態が比較的長く継続されることになり、その間ＮＯｘが多く排出されるという問題があった。
【０００６】
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、その目的は、エンジン減速中における燃費の悪化及びエンジンストールを防止しつつ、エンジンが減速してアイドル空燃比フィードバック制御が再開された直後において、エアコン作動による排気特性の悪化を抑制することができる内燃エンジンの空燃比フィードバック制御装置を提供することにある。
【０００７】
【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に係る内燃エンジンの空燃比フィードバック制御装置は、内燃エンジンの排気系に設けられた排気濃度検出手段と、該排気濃度検出手段により検出された排気濃度検出値と所定値とを比較し、該比較結果に応じて前記エンジンに供給される混合気の空燃比を前記所定値にフィードバック制御する空燃比制御手段と、前記エンジンの減速状態を検出する減速状態検出手段と、前記減速状態が検出された場合は前記フィードバック制御を停止すると共に該減速状態が終了した後前記空燃比の制御領域がアイドル空燃比フィードバック制御領域へ移行したときには前記空燃比のフィードバック制御を再開する空燃比制御再開手段とを備えた内燃エンジンの空燃比フィードバック制御装置において、前記エンジンによって駆動されるエアコンの作動状態を検出するエアコン作動状態検出手段と、前記減速状態が検出されかつ前記エアコンの不作動が検出された場合に前記エンジンの回転数が第１所定値以上であるときは前記エンジンへの燃料の供給を停止し、前記減速状態が検出されかつ前記エアコンの作動が検出された場合に前記エンジンの回転数が前記第１所定値より大きい第２所定値以上であるときは前記エンジンへの燃料の供給を停止すると共に前記エンジンの回転数が前記第１所定値と前記第２所定値との間にあるときは前記エンジンに供給する混合気の空燃比をリーン化する減速時空燃比リーン化手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
【作用】
本発明の内燃エンジンの空燃比フィードバック制御装置によれば、エンジン減速状態が検出されかつエアコンの不作動が検出された場合にエンジンの回転数が第１所定値以上であるときは前記エンジンへの燃料の供給が停止され、前記減速状態が検出されかつエアコンの作動が検出された場合に前記エンジンの回転数が第２所定値以上であるときは前記エンジンへの燃料の供給が停止されると共に前記エンジンの回転数が前記第１所定値と前記第２所定値との間にあるときは前記エンジンに供給する混合気の空燃比がリーン化される。
【０００９】
【実施例】
以下本発明の実施例を添付図面に基づいて詳述する。
【００１０】
図１は本発明の一実施例に係る内燃エンジン及びその空燃比フィードバック制御装置の全体の構成図であり、エンジン１の吸気管２の途中にはスロットル弁３が配されている。スロットル弁３にはスロットル弁開度（θＴＨ）センサ４が連結されており、当該スロットル弁３の開度に応じた電気信号を出力して電子コントロールユニット（以下「ＥＣＵ」という）５に供給する。
【００１１】
吸気管２のスロットルボディ３をバイパスする補助空気通路１７の途中には、吸気二次空気制御装置１８（以下「ＥＡＣＶ」という）が配置され、ＥＣＵ５に電気的に接続されている。ＥＡＣＶ１８は、エンジン１のアイドル回転数制御を行うために補助空気を吸気二次エアとして吸気管２に供給する。
【００１２】
燃料噴射弁６はエンジン１とスロットル弁３との間且つ吸気管２の図示しない吸気弁の少し上流側に各気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されていると共にＥＣＵ５に電気的に接続されて当該ＥＣＵ５からの信号により燃料噴射弁６の開弁時間が制御される。
【００１３】
一方、スロットル弁３の直ぐ下流には管７を介して吸気管内絶対圧（ＰＢＡ）センサ８が設けられており、この絶対圧センサ８により電気信号に変換された絶対圧信号は前記ＥＣＵ５に供給される。また、その下流には吸気温（ＴＡ）センサ９が取付けられており、吸気温ＴＡを検出して対応する電気信号を出力してＥＣＵ５に供給する。
【００１４】
エンジン１の本体に装着されたエンジン水温（ＴＷ）センサ１０はサーミスタ等からなり、エンジン水温（冷却水温）ＴＷを検出して対応する温度信号を出力してＥＣＵ５に供給する。エンジン回転数（ＮＥ）センサ１１及び気筒判別（ＣＹＬ）センサ１２はエンジン１の図示しないカム軸周囲又はクランク軸周囲に取付けられている。エンジン回転数センサ１１はエンジン１のクランク軸の１８０度回転毎に所定のクランク角度位置でパルス（以下「ＴＤＣ信号パルス」という）を出力し、気筒判別センサ１２は特定の気筒の所定のクランク角度位置で信号パルスを出力するものであり、これらの各信号パルスはＥＣＵ５に供給される。
【００１５】
三元触媒（触媒コンバータ）１４はエンジン１の排気管１３に配置されており、排気ガス中のＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ等の成分の浄化を行う。排気管１３の三元触媒１４の上流側には、排気濃度検出器としての酸素濃度センサ１６（以下「Ｏ2センサ１６」という）が装着されており、このＯ2センサ１６は排気ガス中の酸素濃度を検出し、その検出値に応じた電気信号を出力しＥＣＵ５に供給する。
【００１６】
ＥＣＵ５にはエンジン１によって駆動されるエアコン（図示せず）のクラッチスイッチ１９が接続されており、そのオンオフ信号がＥＣＵ５に供給される。
【００１７】
ＥＣＵ５は各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路５ａ、中央演算処理回路（以下「ＣＰＵ」という）５ｂ、ＣＰＵ５ｂで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶手段５ｃ、前記燃料噴射弁６に駆動信号を供給する出力回路５ｄ等から構成される。
【００１８】
ＣＰＵ５ｂは上述の各種エンジンパラメータ信号に基づいて、排気ガス中の酸素濃度に応じたフィードバック制御運転領域やオープンループ制御運転領域等の種々のエンジン運転状態を判別するとともに、エンジン運転状態に応じ、次式（１）に基づき、前記ＴＤＣ信号パルスに同期する燃料噴射弁６の燃料噴射時間ＴＯＵＴを演算する。
【００１９】
ＴＯＵＴ＝ＴＩ×ＫＯ２×Ｋ１＋Ｋ２ …（１）
ここに、ＴＩは基本燃料量、具体的にはエンジン回転数ＮＥと吸気管内絶対圧ＰＢＡとに応じて決定される基本燃料噴射時間であり、このＴＩ値を決定するためのＴＩマップが記憶手段５ｃに記憶されている。
【００２０】
ＫＯ２は、Ｏ2センサ１６の出力に基づいて算出される空燃比補正係数であり、空燃比フィードバック制御中はＯ2センサ１６によって検出された空燃比（酸素濃度）が目標空燃比に一致するように設定され、オープンループ制御中はエンジン運転状態に応じた所定値に設定される。
【００２１】
Ｋ１及びＫ２は夫々各種エンジンパラメータ信号に応じて演算される他の補正係数及び補正変数であり、エンジン運転状態に応じた燃費特性、エンジン加速特性等の諸特性の最適化が図られるような値に設定される。
【００２２】
ＣＰＵ５ｂは上述のようにして算出した結果に基づいて、燃料噴射弁６を駆動する信号を、出力回路５ｄを介して出力する。
【００２３】
図２及び図３は、空燃比フィードバック制御中における空燃比補正係数ＫＯ２の算出ルーチンのフローチャートを示し、本ルーチンはＴＤＣ信号パルスの発生と同期して実行される。
【００２４】
まず、前回の制御がオープンループ制御であったか否かを判別し（ステップＳ２０１）、その結果が否定（ＮＯ）であれば前回がアイドル運転領域であったか否かを判別する（ステップＳ２０２）。ここでアイドル運転領域であるか否かは後述する図４のルーチンにより判別される。この判別の結果、前回がアイドル運転領域であったときはさらに今回の運転領域がアイドル運転領域にあるか否かを判別する（ステップＳ２１３）。その結果、前回がアイドル運転領域でなかったとき又は前回から引き続いて今回もアイドル運転領域にあるときは、ステップＳ２０３に進み、前回がアイドル運転領域であって今回がアイドル運転領域でないときは、ステップＳ２１２に進む。
【００２５】
ステップＳ２０３では、Ｏ2センサ１６の出力レベルが所定基準値ＶＲＥＦに対して大小関係が反転したか否かを判別し、Ｏ2センサ１６の出力レベルが反転したときはステップＳ２０４以下で比例制御（Ｐ項制御）を行う一方、反転しなかったときは、ステップＳ３０１に進んで積分制御を行う。
【００２６】
ステップＳ２０４では、Ｏ2センサ１６の出力レベルが所定基準値ＶＲＥＦに対しローレベル（ＬＯＷ）であるか否かを判別し（ステップＳ２０４）、その判別の結果が肯定（ＹＥＳ）のときにはステップＳ２０６に進み、前回算出されたＫＯ２値に加算比例項ＰＲを加算して今回のＫＯ２値として設定する。ここで加算比例項ＰＲは、Ｏ2センサ１６の出力電圧が所定基準値ＶＲＥＦに対してハイレベルからローレベルに、即ちリッチ側からリーン側に反転した後に、補正係数ＫＯ２をステップ状に増加させて、空燃比をリッチ方向に移行させるための補正項である。
【００２７】
一方、ステップＳ２０４の判別結果が否定（ＮＯ）のときは、前回算出されたＫＯ２値から減算比例項ＰＬを減算して、今回のＫＯ２値とする（ステップＳ２０８）。ここで減算比例項ＰＬは、Ｏ2センサ１６の出力電圧が所定基準値ＶＲＥＦに対しローレベルからハイレベルに、即ちリーン側からリッチ側に反転した後に、補正係数ＫＯ２をステップ状に減少させて、空燃比をリーン方向に移行させるための補正項である。
【００２８】
ステップＳ２０６又はＳ２０８実行後は、ステップＳ２０９に進み、次式（２）により平均値ＫＲＥＦの算出を行った後、本ルーチンを終了する。
【００２９】
ＫＲＥＦ＝ＫＯ２×ＣＲＥＦ／Ａ＋ＫＲＥＦ×（Ａ−ＣＲＥＦ）／Ａ…（２）
ここで、Ａは定数、ＣＲＥＦは１〜Ａの間の適当な値に設定されるなまし係数、右辺のＫＲＥＦは、前回までに得られた平均値ＫＲＥＦである。
【００３０】
なお、平均値ＫＲＥＦは、アイドル運転領域ではＫＲＥＦ０として算出し、アイドル運転領域以外ではＫＲＥＦ１として算出する。
【００３１】
一方、ステップＳ２０１の判別の結果が肯定（ＹＥＳ）、すなわち前回の制御がオープンループ制御であったときは今回がアイドル運転領域であるか否かを判別し（ステップＳ２１０）、その判別の結果肯定（ＹＥＳ）であれば補正係数ＫＯ２を、アイドル運転領域で算出されたＫＯ２値の平均値ＫＲＥＦ０に設定し（ステップＳ２１１）、該平均値ＫＲＥＦ０を初期値とする積分制御を開始する（ステップＳ３０１以下）。
【００３２】
また、ステップＳ２１０の判別の結果が否定（ＮＯ）のときは補正係数ＫＯ２を（ＫＲＥＦ１×ＣＲ）に設定する（ステップＳ２１２）。即ち、運転状態がオープンループ制御領域からアイドル領域以外のフィードバック領域に移行したときには、領域移行時のＫＯ２値の初期値をＫＲＥＦ１値に値ＣＲを乗算した積値に設定して積分制御を開始する（ステップＳ３０１以下）。
【００３３】
ここに、値ＣＲはエンジン自体の排気ガス特性や排気浄化装置の排気浄化特性に応じてエンジンの全運転域における総合的排気ガス特性が改善される様に設定される。具体的には例えばＮＯｘの排出量を減少させたい場合には値ＣＲは１よりも大きい値、即ち、このときの補正係数値ＫＯ２により形成される混合気の空燃比が理論空燃比より確実にリッチ側になるような値に設定される。又、例えば、ＣＯ，ＨＣの排出量を減少させたい場合には値ＣＲは１よりも小さい値、即ち空燃比が理論空燃比より確実にリーン側になるような値に設定される。
【００３４】
また、前記ステップＳ２１３の判別の結果が否定（ＮＯ）、すなわちアイドル領域からアイドル領域外に移行したときも、ステップＳ２１２を実行してステップＳ３０１以下の積分制御を行う。
【００３５】
次に、ステップＳ３０１以下の積分制御（Ｉ項制御）は、下記のようにして行われる。まず、ステップＳ３０１においてＯ2センサ１６からの出力レベルが所定基準値ＶＲＥＦに対してローレベル（ＬＯＷ）側にあるか否かを判別し、Ｏ2センサの出力レベルがローレベルのときにはＴＤＣ信号パルスのカウント数ＮＩＬの値に１を加算し（ステップＳ３０２）、そのカウント数ＮＩＬが所定値ＮＩ（例えば４）に達したか否かを判別して（ステップＳ３０３）、その判別の結果が否定（ＮＯ）のときは補正係数ＫＯ２をその直前の値に保持し（ステップＳ３０７）、肯定（ＹＥＳ）のときにはステップＳ３０５へ進む。ステップＳ３０５では、前回算出されたＫＯ２値に加算積分項ＩＲを加算して今回のＫＯ２値とし、さらに前記カウント数値ＮＩＬを０にリセットして（ステップＳ３０６）、本ルーチンを終了する。
【００３６】
一方、ステップＳ３０１の判別の結果が否定（ＮＯ）のとき、すなわちＯ2センサ１６の出力レベルが所定基準値ＶＲＥＦに対してハイレベルにあるときにはＴＤＣ信号パルスのカウント数ＮＩＨの値に１を加算し（ステップＳ３０８）、そのカウント数ＮＩＨが前記所定値ＮＩに達したか否かを判別する（ステップＳ３０９）。その判別の結果が否定（ＮＯ）のときには補正係数ＫＯ２をその直前の値に保持し（ステップＳ３１３）、肯定（ＹＥＳ）のときにはステップＳ３１１へ進む。ステップＳ３１１では、前回算出されたＫＯ２値から減算積分項ＩＬを減算して今回のＫＯ２値とし、さらに前記カウント数値ＮＩＨを０にリセットして（ステップＳ３１２）本ルーチンを終了する。
【００３７】
従ってＯ2センサ１６の出力レベルが所定基準値ＶＲＥＦより低いときは、カウント数ＮＩＬの値が所定値ＮＩに達する毎にＫＯ２値に加算積分項ＩＲが加算され、Ｏ2センサ１６の出力レベルが所定基準値ＶＲＥＦより高いときには、カウント数ＮＩＨの値が所定値ＮＩに達する毎にＫＯ２値から減算積分項ＩＬが減算される。
【００３８】
図４はアイドル域判別ルーチンのフローチャートを示す図である。本ルーチンはＴＤＣ信号パルスの発生と同期して実行される。
【００３９】
まず、ステップＳ４０１でエンジン１の回転数ＮＥが所定のアイドル回転数ＮＩＤＬより低いか否かを判別し、その判別の結果アイドル回転数ＮＩＤＬより高いときはエンジン１の運転領域がアイドル運転域でないと判別し（ステップＳ４０４）、低いときはステップＳ４０２へ進み、吸気管内絶対圧ＰＢＡが所定値ＰＢＡＩＤＬより低いか否かを判別する（ステップＳ４０２）。その判別の結果、所定値ＰＢＡＩＤＬより低いときは、エンジン１の運転領域がアイドル運転域であると判別し（ステップＳ４０３）、高いときはアイドル運転域でないと判別して（ステップＳ４０４）本ルーチンを終了する。
【００４０】
次に、エンジン１の減速時におけるエアコン作動時の供給空燃比のリーン化処理について説明する。
【００４１】
図５は、エンジン減速時のエアコンの作動に対応した燃料供給制御ルーチンのフローチャートであり、本ルーチンはＴＤＣ信号パルスの発生と同期して実行される。
【００４２】
まず、ステップＳ５０１でスロットル弁３の弁開度θＴＨが所定値θＴＨＩＤＬＥ以下であるか否か、すなわちスロットル弁３が全閉状態か否かを判別し、θＴＨ≦θＴＨＩＤＬＥが成立するときはエンジン１が減速状態にあると判別され、エンジン回転数ＮＥが第１の所定値ＮＦＣＴ１以上であるか否かを判別する（ステップＳ５０２）。
【００４３】
ここで、第１の所定値ＮＦＣＴ１は、ＮＥ≧ＮＦＣＴ１であればエアコンオフ時に燃料供給を停止してもエンジンストールを起こさない程度の値に設定する。
【００４４】
ステップＳ５０１，Ｓ５０２の判別の結果、θＴＨ＞θＴＨＩＤＬＥが成立するとき、又はθＴＨ≦θＴＨＩＤＬＥであってＮＥ＜ＮＦＣＴ１が成立するとき、すなわちエンジン１が所定減速状態にないときは、上述した空燃比フィードバック制御を含む通常の空燃比制御を行い（ステップＳ５０３）、本ルーチンを終了する。
【００４５】
一方、ステップＳ５０２でＮＥ≧ＮＦＣＴ１が成立するときは、エンジン１が所定減速状態にあると判別して、エンジン回転数ＮＥが第１の所定値ＮＦＣＴ１より大きい第２の所定値ＮＦＣＴ２以上であるか否かを判別し（ステップＳ５０４）、ＮＥ＜ＮＦＣＴ２が成立するときはエアコンフラッチスイッチ１９がオンされているか否かを判別する（ステップＳ５０６）。ステップＳ５０４，Ｓ５０６の判別の結果、ＮＥ≧ＮＦＣＴ２が成立するとき、およびＮＥ＜ＮＦＣＴ２が成立してもエアコンクラッチスイッチ１９がオンされていないときは、エンジン１への燃料供給を停止し（ステップＳ５０５）、本ルーチンを終了する。一方、ＮＥ＜ＮＦＣＴ２が成立し、かつエアコンクラッチスイッチ１９がオンされているときは、エンジン１に供給する空燃比のリーン化処理を行い（ステップＳ５０７）、本ルーチンを終了する。
【００４６】
ここで、ステップＳ５０７のリーン化処理は、燃料噴射時間ＴＯＵＴを前記式（１）に代えて、下記式（２）を用いて算出することにより行う。
【００４７】
ＴＯＵＴ＝ＴＩ×ＫＬＳ …（２）
ここで、ＴＩは前記基本燃料量であり、ＫＬＳは１．０より小さな値に設定されるリーン化補正係数である。
【００４８】
なお、上記第２の所定値ＮＦＣＴ２およびリーン化補正係数ＫＬＳは、ステップＳ５０７のリーン化処理によってエンジン１がエンジンストールを起こさずにアイドル状態へ移行できるような適当な値に設定する。
【００４９】
本ルーチンにより、エンジン減速時において、エンジン回転数ＮＥが第１の所定値ＮＦＣＴ１と第２の所定値ＮＦＣＴ２との間にあり、かつエアコンが作動しているときには、供給空燃比がリーン化されるので、燃費の悪化やエンジンストールの発生を回避しつつ、アイドル空燃比フィードバック制御再開直後の空燃比補正係数ＫＯ２がリーン側の値から中心値に向かうまでの間の供給空燃比のリーン状態を緩和できると共にリーン状態の継続期間を短縮することができ、その間のＮＯｘの発生を抑制できる。
【００５０】
なお、本実施例では、エンジン減速時の供給空燃比のリーン化処理をエアコンの作動時に行うこととしたが、これに限るものではなく、エアコン作動以外の他の負荷に対しても同様に供給空燃比をリーン化するようにしてもよい。
【００５１】
【発明の効果】
本発明の内燃エンジンの空燃比フィードバック制御装置によれば、エンジン減速状態が検出されかつエアコンの不作動が検出された場合にエンジンの回転数が第１所定値以上であるときは前記エンジンへの燃料の供給が停止され、前記減速状態が検出されかつエアコンの作動が検出された場合に前記エンジンの回転数が第２所定値以上であるときは前記エンジンへの燃料の供給が停止されると共に前記エンジンの回転数が前記第１所定値と前記第２所定値との間にあるときは前記エンジンに供給する混合気の空燃比がリーン化されるので、エアコンが作動している場合に、エンジン減速中における燃費の悪化及びエンジンストールを防止しつつ、アイドル空燃比フィードバック制御が再開された直後において、空燃比補正係数がリーン側の値から中心値に向かうまでの間にＮＯｘが多量に発生することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る内燃エンジンの空燃比フィードバック制御装置の全体構成図である。
【図２】空燃比補正係数ＫＯ２の算出ルーチンのフローチャートを示す図である。
【図３】空燃比補正係数ＫＯ２の算出ルーチンのフローチャートを示す図である。
【図４】アイドル域判別ルーチンのフローチャートを示す図である。
【図５】燃料供給制御ルーチンのフローチャートを示す図である。
【符号の説明】
１ 内燃エンジン
４ 弁開度（θＴＨ）センサ
５ 電子コントロールユニット（ＥＣＵ）
６ 燃料噴射弁
８ 吸気管内絶対圧センサ
１１ エンジン回転数センサ
１６ Ｏ2センサ
１９ エアコンクラッチスイッチ
【産業上の利用分野】
本発明は、内燃エンジンの排気系に設けられた排気濃度検出器の出力に基づいて内燃エンジンに供給する混合気の空燃比を制御する空燃比フィードバック制御装置に関し、特に空調装置（以下「エアコン」という）を備えた車両に搭載される内燃エンジンの空燃比フィードバック制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、エンジンが減速状態になったときは、エンジンに供給される混合気の空燃比フィードバック制御を停止して燃料の供給を遮断すると共に、エンジンの回転数が所定回転数まで低下し、空燃比の制御領域が空燃比フィードバック制御を再開すべき領域（以下「アイドル空燃比フィードバック制御領域」という）になると、空燃比フィードバック制御による燃料供給を再開する手法が知られている。
【０００３】
さらに、エアコンの作動等によりエンジンの負荷が大きいときには、エンジンストールを防止するために、燃料供給を遮断するエンジンの所定回転数を、エンジンの負荷が小さいときよりも高い値に設定するようにした燃料噴射装置も既に知られている（特公昭５５−３４２９５号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、エンジンが減速状態になった場合にエアコンが作動しているときにおいて、上記従来の燃料噴射装置では、上記燃料供給遮断回転数を高い値に設定するのみであったので、燃料供給遮断回転数が高いことにより該回転数以下の運転領域では必要以上に燃料が供給され、燃費が悪化するおそれがあるという問題があった。
【０００５】
また、エンジン減速時には、吸気管壁等に付着した燃料の気化が促進される一方、補助空気量制御は遅れぎみとなり、その上エアコン作動時には復帰回転数を高くすることによりフューエルカット領域がより狭くなるため、エンジンへの供給空燃比がリッチ化傾向となり易い。そしてエンジン減速時の供給空燃比がリッチ化傾向になると、アイドル空燃比フィードバック制御開始直後においては、排気濃度検出器の出力に応じて設定される空燃比補正係数は供給空燃比をリーン方向へ補正する値となり、さらにはエンジンの運転状態がアイドル状態であり空燃比の制御速度（空燃比補正係数の補正速度）が遅いため、供給空燃比のリーン状態が比較的長く継続されることになり、その間ＮＯｘが多く排出されるという問題があった。
【０００６】
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、その目的は、エンジン減速中における燃費の悪化及びエンジンストールを防止しつつ、エンジンが減速してアイドル空燃比フィードバック制御が再開された直後において、エアコン作動による排気特性の悪化を抑制することができる内燃エンジンの空燃比フィードバック制御装置を提供することにある。
【０００７】
【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に係る内燃エンジンの空燃比フィードバック制御装置は、内燃エンジンの排気系に設けられた排気濃度検出手段と、該排気濃度検出手段により検出された排気濃度検出値と所定値とを比較し、該比較結果に応じて前記エンジンに供給される混合気の空燃比を前記所定値にフィードバック制御する空燃比制御手段と、前記エンジンの減速状態を検出する減速状態検出手段と、前記減速状態が検出された場合は前記フィードバック制御を停止すると共に該減速状態が終了した後前記空燃比の制御領域がアイドル空燃比フィードバック制御領域へ移行したときには前記空燃比のフィードバック制御を再開する空燃比制御再開手段とを備えた内燃エンジンの空燃比フィードバック制御装置において、前記エンジンによって駆動されるエアコンの作動状態を検出するエアコン作動状態検出手段と、前記減速状態が検出されかつ前記エアコンの不作動が検出された場合に前記エンジンの回転数が第１所定値以上であるときは前記エンジンへの燃料の供給を停止し、前記減速状態が検出されかつ前記エアコンの作動が検出された場合に前記エンジンの回転数が前記第１所定値より大きい第２所定値以上であるときは前記エンジンへの燃料の供給を停止すると共に前記エンジンの回転数が前記第１所定値と前記第２所定値との間にあるときは前記エンジンに供給する混合気の空燃比をリーン化する減速時空燃比リーン化手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
【作用】
本発明の内燃エンジンの空燃比フィードバック制御装置によれば、エンジン減速状態が検出されかつエアコンの不作動が検出された場合にエンジンの回転数が第１所定値以上であるときは前記エンジンへの燃料の供給が停止され、前記減速状態が検出されかつエアコンの作動が検出された場合に前記エンジンの回転数が第２所定値以上であるときは前記エンジンへの燃料の供給が停止されると共に前記エンジンの回転数が前記第１所定値と前記第２所定値との間にあるときは前記エンジンに供給する混合気の空燃比がリーン化される。
【０００９】
【実施例】
以下本発明の実施例を添付図面に基づいて詳述する。
【００１０】
図１は本発明の一実施例に係る内燃エンジン及びその空燃比フィードバック制御装置の全体の構成図であり、エンジン１の吸気管２の途中にはスロットル弁３が配されている。スロットル弁３にはスロットル弁開度（θＴＨ）センサ４が連結されており、当該スロットル弁３の開度に応じた電気信号を出力して電子コントロールユニット（以下「ＥＣＵ」という）５に供給する。
【００１１】
吸気管２のスロットルボディ３をバイパスする補助空気通路１７の途中には、吸気二次空気制御装置１８（以下「ＥＡＣＶ」という）が配置され、ＥＣＵ５に電気的に接続されている。ＥＡＣＶ１８は、エンジン１のアイドル回転数制御を行うために補助空気を吸気二次エアとして吸気管２に供給する。
【００１２】
燃料噴射弁６はエンジン１とスロットル弁３との間且つ吸気管２の図示しない吸気弁の少し上流側に各気筒毎に設けられており、各噴射弁は図示しない燃料ポンプに接続されていると共にＥＣＵ５に電気的に接続されて当該ＥＣＵ５からの信号により燃料噴射弁６の開弁時間が制御される。
【００１３】
一方、スロットル弁３の直ぐ下流には管７を介して吸気管内絶対圧（ＰＢＡ）センサ８が設けられており、この絶対圧センサ８により電気信号に変換された絶対圧信号は前記ＥＣＵ５に供給される。また、その下流には吸気温（ＴＡ）センサ９が取付けられており、吸気温ＴＡを検出して対応する電気信号を出力してＥＣＵ５に供給する。
【００１４】
エンジン１の本体に装着されたエンジン水温（ＴＷ）センサ１０はサーミスタ等からなり、エンジン水温（冷却水温）ＴＷを検出して対応する温度信号を出力してＥＣＵ５に供給する。エンジン回転数（ＮＥ）センサ１１及び気筒判別（ＣＹＬ）センサ１２はエンジン１の図示しないカム軸周囲又はクランク軸周囲に取付けられている。エンジン回転数センサ１１はエンジン１のクランク軸の１８０度回転毎に所定のクランク角度位置でパルス（以下「ＴＤＣ信号パルス」という）を出力し、気筒判別センサ１２は特定の気筒の所定のクランク角度位置で信号パルスを出力するものであり、これらの各信号パルスはＥＣＵ５に供給される。
【００１５】
三元触媒（触媒コンバータ）１４はエンジン１の排気管１３に配置されており、排気ガス中のＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ等の成分の浄化を行う。排気管１３の三元触媒１４の上流側には、排気濃度検出器としての酸素濃度センサ１６（以下「Ｏ2センサ１６」という）が装着されており、このＯ2センサ１６は排気ガス中の酸素濃度を検出し、その検出値に応じた電気信号を出力しＥＣＵ５に供給する。
【００１６】
ＥＣＵ５にはエンジン１によって駆動されるエアコン（図示せず）のクラッチスイッチ１９が接続されており、そのオンオフ信号がＥＣＵ５に供給される。
【００１７】
ＥＣＵ５は各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路５ａ、中央演算処理回路（以下「ＣＰＵ」という）５ｂ、ＣＰＵ５ｂで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶手段５ｃ、前記燃料噴射弁６に駆動信号を供給する出力回路５ｄ等から構成される。
【００１８】
ＣＰＵ５ｂは上述の各種エンジンパラメータ信号に基づいて、排気ガス中の酸素濃度に応じたフィードバック制御運転領域やオープンループ制御運転領域等の種々のエンジン運転状態を判別するとともに、エンジン運転状態に応じ、次式（１）に基づき、前記ＴＤＣ信号パルスに同期する燃料噴射弁６の燃料噴射時間ＴＯＵＴを演算する。
【００１９】
ＴＯＵＴ＝ＴＩ×ＫＯ２×Ｋ１＋Ｋ２ …（１）
ここに、ＴＩは基本燃料量、具体的にはエンジン回転数ＮＥと吸気管内絶対圧ＰＢＡとに応じて決定される基本燃料噴射時間であり、このＴＩ値を決定するためのＴＩマップが記憶手段５ｃに記憶されている。
【００２０】
ＫＯ２は、Ｏ2センサ１６の出力に基づいて算出される空燃比補正係数であり、空燃比フィードバック制御中はＯ2センサ１６によって検出された空燃比（酸素濃度）が目標空燃比に一致するように設定され、オープンループ制御中はエンジン運転状態に応じた所定値に設定される。
【００２１】
Ｋ１及びＫ２は夫々各種エンジンパラメータ信号に応じて演算される他の補正係数及び補正変数であり、エンジン運転状態に応じた燃費特性、エンジン加速特性等の諸特性の最適化が図られるような値に設定される。
【００２２】
ＣＰＵ５ｂは上述のようにして算出した結果に基づいて、燃料噴射弁６を駆動する信号を、出力回路５ｄを介して出力する。
【００２３】
図２及び図３は、空燃比フィードバック制御中における空燃比補正係数ＫＯ２の算出ルーチンのフローチャートを示し、本ルーチンはＴＤＣ信号パルスの発生と同期して実行される。
【００２４】
まず、前回の制御がオープンループ制御であったか否かを判別し（ステップＳ２０１）、その結果が否定（ＮＯ）であれば前回がアイドル運転領域であったか否かを判別する（ステップＳ２０２）。ここでアイドル運転領域であるか否かは後述する図４のルーチンにより判別される。この判別の結果、前回がアイドル運転領域であったときはさらに今回の運転領域がアイドル運転領域にあるか否かを判別する（ステップＳ２１３）。その結果、前回がアイドル運転領域でなかったとき又は前回から引き続いて今回もアイドル運転領域にあるときは、ステップＳ２０３に進み、前回がアイドル運転領域であって今回がアイドル運転領域でないときは、ステップＳ２１２に進む。
【００２５】
ステップＳ２０３では、Ｏ2センサ１６の出力レベルが所定基準値ＶＲＥＦに対して大小関係が反転したか否かを判別し、Ｏ2センサ１６の出力レベルが反転したときはステップＳ２０４以下で比例制御（Ｐ項制御）を行う一方、反転しなかったときは、ステップＳ３０１に進んで積分制御を行う。
【００２６】
ステップＳ２０４では、Ｏ2センサ１６の出力レベルが所定基準値ＶＲＥＦに対しローレベル（ＬＯＷ）であるか否かを判別し（ステップＳ２０４）、その判別の結果が肯定（ＹＥＳ）のときにはステップＳ２０６に進み、前回算出されたＫＯ２値に加算比例項ＰＲを加算して今回のＫＯ２値として設定する。ここで加算比例項ＰＲは、Ｏ2センサ１６の出力電圧が所定基準値ＶＲＥＦに対してハイレベルからローレベルに、即ちリッチ側からリーン側に反転した後に、補正係数ＫＯ２をステップ状に増加させて、空燃比をリッチ方向に移行させるための補正項である。
【００２７】
一方、ステップＳ２０４の判別結果が否定（ＮＯ）のときは、前回算出されたＫＯ２値から減算比例項ＰＬを減算して、今回のＫＯ２値とする（ステップＳ２０８）。ここで減算比例項ＰＬは、Ｏ2センサ１６の出力電圧が所定基準値ＶＲＥＦに対しローレベルからハイレベルに、即ちリーン側からリッチ側に反転した後に、補正係数ＫＯ２をステップ状に減少させて、空燃比をリーン方向に移行させるための補正項である。
【００２８】
ステップＳ２０６又はＳ２０８実行後は、ステップＳ２０９に進み、次式（２）により平均値ＫＲＥＦの算出を行った後、本ルーチンを終了する。
【００２９】
ＫＲＥＦ＝ＫＯ２×ＣＲＥＦ／Ａ＋ＫＲＥＦ×（Ａ−ＣＲＥＦ）／Ａ…（２）
ここで、Ａは定数、ＣＲＥＦは１〜Ａの間の適当な値に設定されるなまし係数、右辺のＫＲＥＦは、前回までに得られた平均値ＫＲＥＦである。
【００３０】
なお、平均値ＫＲＥＦは、アイドル運転領域ではＫＲＥＦ０として算出し、アイドル運転領域以外ではＫＲＥＦ１として算出する。
【００３１】
一方、ステップＳ２０１の判別の結果が肯定（ＹＥＳ）、すなわち前回の制御がオープンループ制御であったときは今回がアイドル運転領域であるか否かを判別し（ステップＳ２１０）、その判別の結果肯定（ＹＥＳ）であれば補正係数ＫＯ２を、アイドル運転領域で算出されたＫＯ２値の平均値ＫＲＥＦ０に設定し（ステップＳ２１１）、該平均値ＫＲＥＦ０を初期値とする積分制御を開始する（ステップＳ３０１以下）。
【００３２】
また、ステップＳ２１０の判別の結果が否定（ＮＯ）のときは補正係数ＫＯ２を（ＫＲＥＦ１×ＣＲ）に設定する（ステップＳ２１２）。即ち、運転状態がオープンループ制御領域からアイドル領域以外のフィードバック領域に移行したときには、領域移行時のＫＯ２値の初期値をＫＲＥＦ１値に値ＣＲを乗算した積値に設定して積分制御を開始する（ステップＳ３０１以下）。
【００３３】
ここに、値ＣＲはエンジン自体の排気ガス特性や排気浄化装置の排気浄化特性に応じてエンジンの全運転域における総合的排気ガス特性が改善される様に設定される。具体的には例えばＮＯｘの排出量を減少させたい場合には値ＣＲは１よりも大きい値、即ち、このときの補正係数値ＫＯ２により形成される混合気の空燃比が理論空燃比より確実にリッチ側になるような値に設定される。又、例えば、ＣＯ，ＨＣの排出量を減少させたい場合には値ＣＲは１よりも小さい値、即ち空燃比が理論空燃比より確実にリーン側になるような値に設定される。
【００３４】
また、前記ステップＳ２１３の判別の結果が否定（ＮＯ）、すなわちアイドル領域からアイドル領域外に移行したときも、ステップＳ２１２を実行してステップＳ３０１以下の積分制御を行う。
【００３５】
次に、ステップＳ３０１以下の積分制御（Ｉ項制御）は、下記のようにして行われる。まず、ステップＳ３０１においてＯ2センサ１６からの出力レベルが所定基準値ＶＲＥＦに対してローレベル（ＬＯＷ）側にあるか否かを判別し、Ｏ2センサの出力レベルがローレベルのときにはＴＤＣ信号パルスのカウント数ＮＩＬの値に１を加算し（ステップＳ３０２）、そのカウント数ＮＩＬが所定値ＮＩ（例えば４）に達したか否かを判別して（ステップＳ３０３）、その判別の結果が否定（ＮＯ）のときは補正係数ＫＯ２をその直前の値に保持し（ステップＳ３０７）、肯定（ＹＥＳ）のときにはステップＳ３０５へ進む。ステップＳ３０５では、前回算出されたＫＯ２値に加算積分項ＩＲを加算して今回のＫＯ２値とし、さらに前記カウント数値ＮＩＬを０にリセットして（ステップＳ３０６）、本ルーチンを終了する。
【００３６】
一方、ステップＳ３０１の判別の結果が否定（ＮＯ）のとき、すなわちＯ2センサ１６の出力レベルが所定基準値ＶＲＥＦに対してハイレベルにあるときにはＴＤＣ信号パルスのカウント数ＮＩＨの値に１を加算し（ステップＳ３０８）、そのカウント数ＮＩＨが前記所定値ＮＩに達したか否かを判別する（ステップＳ３０９）。その判別の結果が否定（ＮＯ）のときには補正係数ＫＯ２をその直前の値に保持し（ステップＳ３１３）、肯定（ＹＥＳ）のときにはステップＳ３１１へ進む。ステップＳ３１１では、前回算出されたＫＯ２値から減算積分項ＩＬを減算して今回のＫＯ２値とし、さらに前記カウント数値ＮＩＨを０にリセットして（ステップＳ３１２）本ルーチンを終了する。
【００３７】
従ってＯ2センサ１６の出力レベルが所定基準値ＶＲＥＦより低いときは、カウント数ＮＩＬの値が所定値ＮＩに達する毎にＫＯ２値に加算積分項ＩＲが加算され、Ｏ2センサ１６の出力レベルが所定基準値ＶＲＥＦより高いときには、カウント数ＮＩＨの値が所定値ＮＩに達する毎にＫＯ２値から減算積分項ＩＬが減算される。
【００３８】
図４はアイドル域判別ルーチンのフローチャートを示す図である。本ルーチンはＴＤＣ信号パルスの発生と同期して実行される。
【００３９】
まず、ステップＳ４０１でエンジン１の回転数ＮＥが所定のアイドル回転数ＮＩＤＬより低いか否かを判別し、その判別の結果アイドル回転数ＮＩＤＬより高いときはエンジン１の運転領域がアイドル運転域でないと判別し（ステップＳ４０４）、低いときはステップＳ４０２へ進み、吸気管内絶対圧ＰＢＡが所定値ＰＢＡＩＤＬより低いか否かを判別する（ステップＳ４０２）。その判別の結果、所定値ＰＢＡＩＤＬより低いときは、エンジン１の運転領域がアイドル運転域であると判別し（ステップＳ４０３）、高いときはアイドル運転域でないと判別して（ステップＳ４０４）本ルーチンを終了する。
【００４０】
次に、エンジン１の減速時におけるエアコン作動時の供給空燃比のリーン化処理について説明する。
【００４１】
図５は、エンジン減速時のエアコンの作動に対応した燃料供給制御ルーチンのフローチャートであり、本ルーチンはＴＤＣ信号パルスの発生と同期して実行される。
【００４２】
まず、ステップＳ５０１でスロットル弁３の弁開度θＴＨが所定値θＴＨＩＤＬＥ以下であるか否か、すなわちスロットル弁３が全閉状態か否かを判別し、θＴＨ≦θＴＨＩＤＬＥが成立するときはエンジン１が減速状態にあると判別され、エンジン回転数ＮＥが第１の所定値ＮＦＣＴ１以上であるか否かを判別する（ステップＳ５０２）。
【００４３】
ここで、第１の所定値ＮＦＣＴ１は、ＮＥ≧ＮＦＣＴ１であればエアコンオフ時に燃料供給を停止してもエンジンストールを起こさない程度の値に設定する。
【００４４】
ステップＳ５０１，Ｓ５０２の判別の結果、θＴＨ＞θＴＨＩＤＬＥが成立するとき、又はθＴＨ≦θＴＨＩＤＬＥであってＮＥ＜ＮＦＣＴ１が成立するとき、すなわちエンジン１が所定減速状態にないときは、上述した空燃比フィードバック制御を含む通常の空燃比制御を行い（ステップＳ５０３）、本ルーチンを終了する。
【００４５】
一方、ステップＳ５０２でＮＥ≧ＮＦＣＴ１が成立するときは、エンジン１が所定減速状態にあると判別して、エンジン回転数ＮＥが第１の所定値ＮＦＣＴ１より大きい第２の所定値ＮＦＣＴ２以上であるか否かを判別し（ステップＳ５０４）、ＮＥ＜ＮＦＣＴ２が成立するときはエアコンフラッチスイッチ１９がオンされているか否かを判別する（ステップＳ５０６）。ステップＳ５０４，Ｓ５０６の判別の結果、ＮＥ≧ＮＦＣＴ２が成立するとき、およびＮＥ＜ＮＦＣＴ２が成立してもエアコンクラッチスイッチ１９がオンされていないときは、エンジン１への燃料供給を停止し（ステップＳ５０５）、本ルーチンを終了する。一方、ＮＥ＜ＮＦＣＴ２が成立し、かつエアコンクラッチスイッチ１９がオンされているときは、エンジン１に供給する空燃比のリーン化処理を行い（ステップＳ５０７）、本ルーチンを終了する。
【００４６】
ここで、ステップＳ５０７のリーン化処理は、燃料噴射時間ＴＯＵＴを前記式（１）に代えて、下記式（２）を用いて算出することにより行う。
【００４７】
ＴＯＵＴ＝ＴＩ×ＫＬＳ …（２）
ここで、ＴＩは前記基本燃料量であり、ＫＬＳは１．０より小さな値に設定されるリーン化補正係数である。
【００４８】
なお、上記第２の所定値ＮＦＣＴ２およびリーン化補正係数ＫＬＳは、ステップＳ５０７のリーン化処理によってエンジン１がエンジンストールを起こさずにアイドル状態へ移行できるような適当な値に設定する。
【００４９】
本ルーチンにより、エンジン減速時において、エンジン回転数ＮＥが第１の所定値ＮＦＣＴ１と第２の所定値ＮＦＣＴ２との間にあり、かつエアコンが作動しているときには、供給空燃比がリーン化されるので、燃費の悪化やエンジンストールの発生を回避しつつ、アイドル空燃比フィードバック制御再開直後の空燃比補正係数ＫＯ２がリーン側の値から中心値に向かうまでの間の供給空燃比のリーン状態を緩和できると共にリーン状態の継続期間を短縮することができ、その間のＮＯｘの発生を抑制できる。
【００５０】
なお、本実施例では、エンジン減速時の供給空燃比のリーン化処理をエアコンの作動時に行うこととしたが、これに限るものではなく、エアコン作動以外の他の負荷に対しても同様に供給空燃比をリーン化するようにしてもよい。
【００５１】
【発明の効果】
本発明の内燃エンジンの空燃比フィードバック制御装置によれば、エンジン減速状態が検出されかつエアコンの不作動が検出された場合にエンジンの回転数が第１所定値以上であるときは前記エンジンへの燃料の供給が停止され、前記減速状態が検出されかつエアコンの作動が検出された場合に前記エンジンの回転数が第２所定値以上であるときは前記エンジンへの燃料の供給が停止されると共に前記エンジンの回転数が前記第１所定値と前記第２所定値との間にあるときは前記エンジンに供給する混合気の空燃比がリーン化されるので、エアコンが作動している場合に、エンジン減速中における燃費の悪化及びエンジンストールを防止しつつ、アイドル空燃比フィードバック制御が再開された直後において、空燃比補正係数がリーン側の値から中心値に向かうまでの間にＮＯｘが多量に発生することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る内燃エンジンの空燃比フィードバック制御装置の全体構成図である。
【図２】空燃比補正係数ＫＯ２の算出ルーチンのフローチャートを示す図である。
【図３】空燃比補正係数ＫＯ２の算出ルーチンのフローチャートを示す図である。
【図４】アイドル域判別ルーチンのフローチャートを示す図である。
【図５】燃料供給制御ルーチンのフローチャートを示す図である。
【符号の説明】
１ 内燃エンジン
４ 弁開度（θＴＨ）センサ
５ 電子コントロールユニット（ＥＣＵ）
６ 燃料噴射弁
８ 吸気管内絶対圧センサ
１１ エンジン回転数センサ
１６ Ｏ2センサ
１９ エアコンクラッチスイッチ
Claims (1)
- 内燃エンジンの排気系に設けられた排気濃度検出手段と、
該排気濃度検出手段により検出された排気濃度検出値と所定値とを比較し、該比較結果に応じて前記エンジンに供給される混合気の空燃比を前記所定値にフィードバック制御する空燃比制御手段と、
前記エンジンの減速状態を検出する減速状態検出手段と、
前記減速状態が検出された場合は前記フィードバック制御を停止すると共に該減速状態が終了した後前記空燃比の制御領域がアイドル空燃比フィードバック制御領域へ移行したときには前記空燃比のフィードバック制御を再開する空燃比制御再開手段とを備えた内燃エンジンの空燃比フィードバック制御装置において、
前記エンジンによって駆動されるエアコンの作動状態を検出するエアコン作動状態検出手段と、
前記減速状態が検出されかつ前記エアコンの不作動が検出された場合に前記エンジンの回転数が第１所定値以上であるときは前記エンジンへの燃料の供給を停止し、前記減速状態が検出されかつ前記エアコンの作動が検出された場合に前記エンジンの回転数が前記第１所定値より大きい第２所定値以上であるときは前記エンジンへの燃料の供給を停止すると共に前記エンジンの回転数が前記第１所定値と前記第２所定値との間にあるときは前記エンジンに供給する混合気の空燃比をリーン化する減速時空燃比リーン化手段とを備えたことを特徴とする内燃エンジンの空燃比フィードバック制御装置。
Priority Applications (1)
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Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP14108095A JP3641016B2 (ja) | 1995-05-16 | 1995-05-16 | 内燃エンジンの空燃比フィードバック制御装置 |
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