JP2004036541A - 内燃機関の燃料供給制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高地における高温再始動後のエミッションの悪化を抑制することが可能な内燃機関の燃料供給制御装置を提供すること。
【解決手段】電子制御ユニットＥＣＵは、水温センサ２９及び吸気温センサ１９等の出力に基づいて高温再始動時であるか否かを判定し、高温再始動時である場合には、大気圧センサ２１の出力に基づいて初期増量値を決定する。初期増量値は、大気圧が低くなるほど多くされる。また、電子制御ユニットＥＣＵは、大気圧の大きさに基づいて、空燃比フィードバック制御開始時間を決定する。空燃比フィードバック制御開始時間は、大気圧が低くなるほど短くされる。そして、電子制御ユニットＥＣＵは、酸素センサ２５の出力に基づいてリッチ判定が成されたか否かを判定し、リッチ判定が成されていない場合、始動後からの時間が空燃比フィードバック制御開始時間を経過した後に、空燃比フィードバック制御を開始する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃料供給制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、大気圧の高い高地における内燃機関の始動時において、内燃機関の温度が非常に高く、燃料内に気泡が含まれているときの始動後の燃料供給を適切に行えないという問題を解決するために、始動時に内燃機関に供給する燃料を増量補正することが行われている（例えば、特開昭６３−１６７０４６号公報等を参照）。この特開昭６３−１６７０４６号公報には、大気圧を検出し、当該大気圧の減少に応じて増量補正値を増大させて、高地における内燃機関の高温再始動時においても安定した運転性を確保する技術が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開昭６３−１６７０４６号公報に開示された技術は、気泡が発生するであろう条件が成立した場合に、あくまで見込みで供給燃料を増量させる制御であり、供給燃料を増量した結果、まだ燃料が不足した状態となる可能性がある。この場合には、内燃機関の空燃比がリーン化して、エミッションの悪化といった問題を招くこととなる。
【０００４】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、高地における高温再始動後のエミッションの悪化を抑制することが可能な内燃機関の燃料供給制御装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る内燃機関の燃料供給制御装置は、始動時に内燃機関に供給する燃料の増量値し、当該増量値を高地ほど大きくする内燃機関の燃料供給制御装置であって、高地にある場合、内燃機関の空燃比を目標空燃比とするための空燃比フィードバック制御を開始する時期を低地における開始時期よりも早めることを特徴としている。
【０００６】
本発明に係る内燃機関の燃料供給制御装置では、高地での空燃比フィードバック制御の開始時期が低地での開始時期よりも早くされるので、空燃比のリーン化といった供給燃料の見込み増量による不具合が最小限度に抑えられることとなる。この結果、高地における高温再始動後のエミッションの悪化を抑制することができる。
【０００７】
また、内燃機関の空燃比を検出し、検出した空燃比が所定の状態となった際に空燃比フィードバック制御を開始する一方、高地にある場合には、検出した空燃比の状態が上記所定の状態になくても、始動後から所定の期間経過後に空燃比フィードバック制御を開始することが好ましい。このように構成した場合、高地での空燃比フィードバック制御の開始時期を低地での開始時期よりも簡易且つ確実に早めることができる。また、高地においても、検出した空燃比が所定の状態となった場合には、上記所定の期間経過を待つことなく空燃比フィードバック制御が開始されることとなり、エミッションが悪化するのを抑制することができる。
【０００８】
また、増量値を所定の減衰速度にて減少させると共に、検出した内燃機関の空燃比に基づいて演算された空燃比フィードバック係数が内燃機関に供給する燃料を増量補正する側に大きいほど、減衰速度を遅くすることが好ましい。このように構成した場合、空燃比フィードバック係数が供給燃料を増量補正する側にある状態、すなわち供給燃料が不足した状態で、減衰速度が遅くされるので、増量期間が長くなる。一方、過増量により、空燃比フィードバック係数が内燃機関に供給する燃料を減量補正する側に向かって移行してきた場合には、減衰速度が速くされるので、増量期間が短くなる。これらにより、効果的に最適な増量制御を実現することができる。
【０００９】
また、増量値を所定の減衰速度にて減少させると共に、検出した内燃機関の空燃比に基づいて演算された空燃比フィードバック係数の変化量が内燃機関に供給する燃料を減量補正する側に大きいほど、減衰速度を速くすることが好ましい。このように構成した場合、増量補正が多すぎた状態において、増量値を速やかに減少させることができ、過増量を素早く解消することができる。一方、空燃比フィードバック係数が供給燃料を増量補正する側に大きい状態が継続する等の増量が不足している状態では、増量の状態が継続されることとなる。これらにより、効果的に最適な増量制御を実現することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態に係る内燃機関の燃料供給制御装置について図面を参照して説明する。
【００１１】
図１は、本実施形態に係る内燃機関の燃料供給制御装置を含むエンジンシステムのブロック図である。エンジン（内燃機関）Ｅは燃焼室に空気及び燃料を導く吸気ポート１と、燃焼室における燃焼に応じて発生した排ガスを排出する排気ポート３を備えており、当該燃焼によってエンジンＥのクランクシャフトが回転し、その回転数はエンジン回転数として回転数センサ５によって検出される。
【００１２】
吸気ポート１には、吸気通路７が接続されている。この吸気通路７には、上流から順に、吸入空気量を検出するエアフローメータ９、スロットルバルブ１１等が配設されている。吸気ポート１には、インジェクタ１３が取り付けられている。インジェクタ１３には、燃料タンク１５から燃料ポンプ１７を介して燃料が供給される。インジェクタ１３からの燃料噴射量は、電子制御ユニットＥＣＵからの制御信号Ｓｉによって制御される。なお、吸気温度は、吸気通路７の上流に取り付けられた吸気温センサ１９によって検出され、大気圧は、同じく吸気通路７の上流に取り付けられた大気圧センサ２１によって検出される。
【００１３】
排気ポート３には、排ガスが通過する排気通路２３が接続されている。この排気通路２３には、上流から順に、酸素センサ２５、三元触媒２７等が配設されている。なお、エンジン温度は、エンジンＥのウォータジャケットに取り付けられた水温センサ２９によって検出される。酸素センサ２５は、排ガス中の酸素濃度から混合気の空燃比を検出するものである。
【００１４】
電子制御ユニットＥＣＵは、予め設定された制御プログラムに従って各種演算処理を実行するＣＰＵ、制御プログラムや制御データ等を予め格納するＲＯＭ、各種演算処理を実行するのに必要な各種データが一時的に読み書きされるＲＡＭ等を含んでいる。この電子制御ユニットＥＣＵには、回転数センサ５、エアフローメータ９、吸気温センサ１９、大気圧センサ２１及び酸素センサ２５等からの出力信号が入力され、電子制御ユニットＥＣＵは、これらの入力信号に基づいて、インジェクタ１３からの燃料噴射量等を制御する燃料供給制御装置として機能する。
【００１５】
ここで、電子制御ユニットＥＣＵにおいて実行される、エンジンＥの混合気の空燃比を制御する空燃比制御のうち、空燃比を目標空燃比となるようにフィードバック制御する空燃比フィードバック制御の概要について簡単に説明する。
【００１６】
空燃比は、混合気中の空気と燃料との比率であり、吸入空気量と燃料噴射量とにより決定される。吸入空気量は、上述したスロットルバルブ１１によって調整され、エアフローメータ９によって検出される。一方、燃料噴射量は、吸入空気量とエンジン回転数とに基づいて決定された基本燃料噴射量を各種補正係数を用いて補正し、決定される。
【００１７】
このような補正係数の中に、空燃比フィードバック制御に用いられる空燃比フィードバック係数ＦＡＦや、後述する増量制御に用いられる高温再始動増量係数がある。この空燃比フィードバック係数ＦＡＦによって、エンジンＥの混合気の空燃比が目標空燃比（多くの場合、理論空燃比）となるように制御する。
【００１８】
上述した空燃比フィードバック係数ＦＡＦは、酸素センサ２５の出力に基づいて演算される。酸素センサ２５は、理論空燃比を境に出力が急変する性質を有している。空燃比フィードバック係数ＦＡＦは、この酸素センサ２５によって実際の空燃比を検出し、この空燃比が理論空燃比となるようにフィードバック補正するためのものである。酸素センサ２５の出力から、実際の空燃比が理論空燃比よりリーンな空燃比（リーン空燃比）であるか、理論空燃比よりリッチな空燃比（リッチ空燃比）であるかを判定できる。
【００１９】
また、酸素センサ２５は、その温度が活性温度とならないと正確な検出結果が得られないという性質がある。酸素センサ２５は、内蔵されたヒータにより加熱されて、この活性温度にまで昇温される。
【００２０】
そして、空燃比がリッチ空燃比であると判定（リッチ判定）されている間は、空燃比フィードバック係数ＦＡＦに対して、燃料噴射量を徐々に減量する値が与えられ、空燃比がリッチからリーンに変わったときには、応答性向上を考慮して噴射量をスキップ的に増量するリッチスキップ値が与えられる。これとは反対に、空燃比がリーン空燃比であると判定（リーン判定）されている間は、空燃比フィードバック係数ＦＡＦに対して、燃料噴射量を徐々に増量する値が与えられ、空燃比がリーンからリッチに変わったときには、応答性向上を考慮して燃料噴射量をスキップ的に減量するリーンスキップ値が与えられる。
【００２１】
空燃比フィードバック係数ＦＡＦの中央値は１．０であり、この値である場合は基本燃料噴射量を補正しない。空燃比フィードバック係数ＦＡＦに対して、この中央値１．０よりも大きい値が与えられれば、空燃比フィードバック制御においては、基本燃料噴射量よりも多い燃料を噴射させようとする制御が行われることとなる。なお、空燃比フィードバック制御によって基本燃料噴射量よりも多い燃料を噴射させようとする制御が行われても、他の補正成分によっては、最終的な燃料噴射量が基本燃料噴射量よりも少なくなる場合もあり得る。また、空燃比フィードバック係数ＦＡＦは、その上限値及び下限値が所定の値にガードされている。
【００２２】
次に、電子制御ユニットＥＣＵにおいて実行される、高温再始動時増量制御について説明する。図２に、この増量制御についてのフローチャートを示す。
【００２３】
まず、イグニッションスイッチ（図示せず）からの出力に基づいて、当該イグニッションスイッチがＯＮ操作されることによりエンジンＥが始動したか否かを判定する（Ｓ１０１）。エンジンＥが始動したと判定すると、水温センサ２９の出力に基づいて、エンジン水温が所定の閾値（ＴＨＷ１）よりも高いか否かを判定する（Ｓ１０３）。そして、エンジン水温が所定の閾値（ＴＨＷ１）よりも高い状態であると判定すると、吸気温センサ１９の出力に基づいて、吸気温度が所定の閾値（ＴＨＡ１）よりも高いか否かを判定する（Ｓ１０５）。なお、エンジンＥが始動していないと判定した場合、エンジン水温が所定の閾値（ＴＨＷ１）以下の状態であると判定した場合、あるいは吸気温度が所定の閾値（ＴＨＡ１）以下の状態であると判定した場合には、高温再始動時ではないとして、当該増量制御を終える。
【００２４】
吸気温度が所定の閾値（ＴＨＡ１）よりも高い状態であると判定すると、高温再始動時であるとして、大気圧センサ２１の出力を読み込み（Ｓ１０７）、検出された大気圧の大きさに基づいて、初期増量値を決定する（Ｓ１０９）。この初期増量値は、図３に示される特性を有するマップに基づいて決定され、大気圧が低くなるほど、すなわち高地に行くほど、初期増量値が多くなるように設定される。これにより、電子制御ユニットＥＣＵは、この初期増量値に対応した分だけ、インジェクタ１３の開弁時間を長くするように制御信号Ｓｉを出力する。
【００２５】
初期増量値を決定すると、検出された大気圧の大きさに基づいて、空燃比フィードバック制御開始時間Ｔ１を決定する（Ｓ１１１）。この空燃比フィードバック制御開始時間Ｔ１は、図４に示される特性を有するマップに基づいて決定され、大気圧が低くなるほど、すなわち高地に行くほど、短くなるように設定される。
【００２６】
そして、酸素センサ２５の出力に基づいて、リッチ判定が成されたか否かを判定する（Ｓ１１３）。リッチ判定が成されていないと判定すると、始動後からの時間が決定した空燃比フィードバック制御開始時間Ｔ１を経過したか否かを判定し（Ｓ１１５）、経過したと判定すると、上述した空燃比フィードバック制御を開始する（Ｓ１１７）。なお、リッチ判定が成された場合には、直ちに空燃比フィードバック制御を開始する。
【００２７】
通常、空燃比フィードバック制御は、酸素センサ２５が活性して、リッチ判定が成された後に開始されるものであるが、ここでは、始動後からの時間が空燃比フィードバック制御開始時間Ｔ１を経過することで、酸素センサ２５によるリッチ判定の有無に関わらず、空燃比フィードバック制御が開始されることとなる。また、空燃比フィードバック制御開始時間Ｔ１は、高地に行くほど短くなるので、高地にある場合、空燃比フィードバック制御を開始する時期が低地における開始時期よりも早まることとなる。
【００２８】
空燃比フィードバック制御を開始すると、上述した空燃比フィードバック係数ＦＡＦに基づいて、増量値の減衰速度Ｄ１を決定する（Ｓ１１９）。この減衰速度Ｄ１は、図５に示される特性を有するマップに基づいて決定され、空燃比フィードバック係数ＦＡＦがエンジンＥに供給する燃料を増量補正する側（＋側）に大きいほど、小さく、すなわち遅くなるように設定される。
【００２９】
減衰速度Ｄ１を決定すると、減衰速度Ｄ１の反映係数Ｋ１を決定する（Ｓ１２１）。この反映係数Ｋ１は、図６に示される特性を有するマップに基づいて決定され、空燃比フィードバック係数ＦＡＦの変化量がエンジンＥに供給する燃料を減量補正する側（−側）に大きいほど、大きく、すなわち減衰速度Ｄ１を速くするように設定される。
【００３０】
減衰速度Ｄ１及び反映係数Ｋ１を決定すると、最終減衰速度Ｄ２（＝Ｄ１×Ｋ１）を決定し（Ｓ１２３）、決定した最終減衰速度Ｄ２に基づいて増量値を減少させていく（Ｓ１２５）。そして、増量値が０まで減少したか否かを判定し（Ｓ１２７）、増量値が０となった場合には、当該増量制御を終える。増量値が０でない場合には、Ｓ１１９〜Ｓ１２５の処理を繰り返し、増量値が０となるまで、増量制御を継続する。これにより、増量値が０となるまでの間、電子制御ユニットＥＣＵは、この増量値に対応した分だけ、インジェクタ１３の開弁時間を長くするように制御信号Ｓｉを出力する。
【００３１】
以上のように、本実施形態によれば、高地での空燃比フィードバック制御の開始時期が低地での開始時期よりも早くされるので、空燃比のリーン化といった供給燃料の見込み増量による不具合が最小限度に抑えられることとなる。この結果、高地における高温再始動後のエミッションの悪化を抑制することができる。
【００３２】
また、本実施形態においては、酸素センサ２５によりエンジンＥの空燃比がリッチ状態にあると判定されていない場合でも、空燃比フィードバック制御開始時間Ｔ１を決定し、始動後からの時間が空燃比フィードバック制御開始時間Ｔ１を経過した後に空燃比フィードバック制御を開始している。これにより、高地での空燃比フィードバック制御の開始時期を低地での開始時期よりも簡易且つ確実に早めることができる。また、高地においても、エンジンＥの空燃比がリッチ状態となった場合には、空燃比フィードバック制御開始時間Ｔ１を待つことなく空燃比フィードバック制御が開始されることとなり、エミッションが悪化するのを抑制することができる。
【００３３】
また、本実施形態においては、減衰速度Ｄ１が、空燃比フィードバック係数ＦＡＦが＋側に大きいほど遅くなるように決定されるので、最終減衰速度Ｄ２も空燃比フィードバック係数ＦＡＦが＋側に大きいほど遅くなる。これにより、図７に示されるように、空燃比フィードバック係数ＦＡＦが＋側にある状態、すなわち供給燃料が不足した状態では、増量値の減衰速度が遅くされるので、増量期間が長くなる。一方、過増量により、空燃比フィードバック係数ＦＡＦが−側に向かって移行してきた場合には、増量値の減衰速度が速くされるので、増量期間が短くなる。これらの結果、本実施形態によれば、高温再始動時における効果的に最適な増量制御を実現することができる。なお、図７中に示された破線は、減衰速度が一定である場合の増量値の変化を表している。
【００３４】
また、本実施形態においては、反映係数Ｋ１が、空燃比フィードバック係数ＦＡＦの変化量が−側に大きいほど大きくなるように決定されるので、最終減衰速度Ｄ２は空燃比フィードバック係数ＦＡＦの変化量が−側に大きいほど速くなる。図８に示されるように、酸素センサ２５のヒータ抵抗が製造バラツキにより大きいといった要因等により酸素センサ２５の活性が遅い場合、実際には空燃比がリッチであるのもかかわらず、酸素センサ２５からリッチ出力が成されず、この状態で強制的に空燃比フィードバック制御を開始させると、空燃比をリッチとする補正を行ってしまう場合が考えられる。しかしながら、反映係数Ｋ１を空燃比フィードバック係数ＦＡＦの変化量が−側に大きいほど大きくなるように決定することで、酸素センサ２５が活性し、空燃比フィードバック係数ＦＡＦが−側に大きく変化した場合、増量補正が多すぎた状態において、増量値を速やかに減少させることができ、過増量を素早く解消することができる。一方、空燃比フィードバック係数ＦＡＦが＋側に大きい状態が継続する等の増量が不足している状態では、増量の状態が継続されることとなる。これらの結果、本実施形態によれば、高温再始動時における効果的に最適な増量制御を実現することができる。なお、図８中に示された破線は、減衰速度が一定である場合の増量値の変化を表している。
【００３５】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態においては、大気圧センサ２１を用いて高地である度合いを検出するようにしているが、これに限られることなく、高度センサ等のその他のセンサを用いるようにしてもよく、また、燃圧（＝プレッシャーレギュレータ設定圧＋大気圧）の変化等から演算して求めるようにしてもよい。
【００３６】
また、初期増量値、空燃比フィードバック制御開始時間Ｔ１、減衰速度Ｄ１及び反映係数Ｋ１の特性も、図３〜図６に示された特性（直線状に変化する特性）に限られることなく、ステップ状に変化する特性、変化にガードをかけた特性等を採用することもできる。
【００３７】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり、本発明によれば、高地における高温再始動後のエミッションの悪化を抑制することが可能な内燃機関の燃料供給制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る内燃機関の燃料供給制御装置を含むエンジンシステムのブロック図である。
【図２】電子制御ユニットＥＣＵにおいて実行される高温再始動時増量制御を説明するためのフローチャートである。
【図３】初期増量値と大気圧との関係を示す線図である。
【図４】空燃比フィードバック制御開始時間と大気圧との関係を示す線図である。
【図５】減衰速度と空燃比フィードバック係数との関係を示す線図である。
【図６】反映係数と空燃比フィードバック係数の変化量との関係を示す線図である。
【図７】空燃比フィードバック係数及び増量値の変化を示す線図である。
【図８】酸素センサの出力値、空燃比フィードバック係数及び増量値の変化を示す線図である。
【符号の説明】
５…回転数センサ、７…吸気通路、９…エアフローメータ、１３…インジェクタ、１９…吸気温センサ、２１…大気圧センサ、２３…排気通路、２５…酸素センサ、２７…三元触媒、２９…水温センサ、Ｅ…エンジン、ＥＣＵ…電子制御ユニット。

Claims (4)

1. 始動時に内燃機関に供給する燃料の増量値を決定し、当該増量値を高地ほど大きくする内燃機関の燃料供給制御装置であって、
   前記高地にある場合、前記内燃機関の空燃比を目標空燃比とするための空燃比フィードバック制御を開始する時期を低地における開始時期よりも早めることを特徴とする内燃機関の燃料供給制御装置。
2. 前記内燃機関の空燃比を検出し、検出した空燃比が所定の状態となった際に前記空燃比フィードバック制御を開始する一方、前記高地にある場合には、前記検出した空燃比の状態が前記所定の状態になくても、始動後から所定の期間経過後に前記空燃比フィードバック制御を開始することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料供給制御装置。
3. 前記増量値を所定の減衰速度にて減少させると共に、検出した前記内燃機関の空燃比に基づいて演算された空燃比フィードバック係数が前記内燃機関に供給する燃料を増量補正する側に大きいほど、前記減衰速度を遅くすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料供給制御装置。
4. 前記増量値を所定の減衰速度にて減少させると共に、検出した前記内燃機関の空燃比に基づいて演算された空燃比フィードバック係数の変化量が前記内燃機関に供給する燃料を減量補正する側に大きいほど、前記減衰速度を速くすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料供給制御装置。

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