JP3550839B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、機関排気通路に排気浄化触媒を有するシステムにおいて触媒の早期活性化を図るための制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、機関排気通路に排気浄化触媒として三元触媒を介装し、該三元触媒によって排気中の有害成分であるＮＯｘ ，ＨＣ，ＣＯを浄化することが行われている。
ここで、三元触媒は、所定の温度まで加熱して活性化しないと、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、三元触媒で十分な浄化が行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させて触媒雰囲気の酸素濃度を高め、触媒における酸化反応を促進させて触媒温度の上昇を図ることが知られており、空燃比のリーン化制御によって機関からのＨＣの排出量も減少させることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、機関を始動してから触媒早期活性化のために行う従来のリーン制御では、機関始動後から予め設定した一定時間の間リーン制御したり、冷却水温が予め設定した特定温度になるまでリーン制御するものであった。しかし、このような従来の制御方式では、始動時の機関温度状況等の機関始動時の環境条件の違いによって、触媒が活性化するまでの時間や、触媒が活性化した時の機関冷却水温は必ずしも一定の時間や温度とはならない。このため、機関始動時の環境条件の差異によりリーン制御の期間に過不足が生じ、リーン制御の期間が短過ぎると、機関始動後における触媒活性化が遅れ、機関始動直後の排気浄化能力が十分に発揮できない。また、リーン制御期間が長過ぎるとＮＯｘ 排出量の増大を招いたり、触媒温度が過度に上昇して触媒の劣化が早まる虞れがある。
【０００５】
尚、暖機中に理論空燃比よりリーン空燃比に制御し、且つ、冷却水温に応じてリーン空燃比の目標値を可変するものがあるが（特開昭６０−２３０５３２号公報等参照）、このものは、運転性を損なうことなく暖機時の燃料消費率を改善することを目的とし、そのため、暖機中の冷却水温が所定温度に達するまでは空燃比を理論空燃比以下のリッチ側に制御し、所定温度に達した後から暖機完了までの間でリーン制御を行いその際の目標空燃比を冷却水温に応じて設定するものである。従って、機関始動直後において空燃比をリーン制御して触媒早期活性化を図る技術とは異なる。
【０００６】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、機関始動時の冷却水温に基づいて触媒の活性化水温を推定し、推定した活性化水温までリーン制御を行うことにより、機関始動時の環境状況等に応じた適切なリーン制御を実現することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の発明による内燃機関の制御では、図１に示すように、機関Ａの始動を検出する機関始動検出手段Ｂと、機関冷却水温を検出する冷却水温検出手段Ｃと、機関始動検出時の機関冷却水温に基づいて、機関の排気通路Ｄに設けた排気浄化触媒Ｅの活性化判定冷却水温を設定する活性化判定水温設定手段Ｆと、機関冷却水温が前記活性化判定水温になるまでは機関Ａに供給される混合気の空燃比を理論空燃比よりリーン化し、前記活性化判定水温に達した後、リーン化された空燃比をリッチ方向に制御する空燃比制御手段Ｇとを備え、前記空燃比制御手段は、機関運転状態がアイドル状態か否かに応じてリーン化度合を補正するリーン化度合補正手段を備える構成とした。
【０００８】
かかる構成によれば、機関始動時の冷却水温状況から触媒活性化水温を推定して、推定された冷却水温に達するまで空燃比をリーン制御することで、触媒を早期に活性化させることができる。推定冷却水温に達した後は、触媒は活性化したと判断して空燃比をリッチ方向に制御することで、触媒の排気浄化能力を最大限に発揮させることができ、また、機関の安定化を図ることができる。しかも、機関運転状態がアイドル状態か否かに応じてリーン化の度合を補正することで、機関始動時の機関の安定化を図りつつ、触媒を早期活性化することができる。
【０００９】
請求項２記載の発明では、機関の始動を検出する機関始動検出手段と、機関冷却水温を検出する冷却水温検出手段と、機関始動検出時の機関冷却水温に基づいて、機関の排気通路に設けた排気浄化触媒の活性化判定冷却水温を設定する活性化判定水温設定手段と、機関冷却水温が前記活性化判定水温になるまでは機関に供給される混合気の空燃比を理論空燃比よりリーン化し、前記活性化判定水温に達した後、リーン化された空燃比をリッチ方向に制御する空燃比制御手段と、を備え、前記空燃比制御手段は、燃料噴射量、機関回転速度、又はスロットル開度に応じてリーン化度合を補正するリーン化度合補正手段を備える構成とした。
これにより、機関始動時の冷却水温状況から推定された冷却水温に達するまで空燃比をリーン制御することで、触媒を早期に活性化させることができる。推定冷却水温に達した後は、触媒は活性化したと判断して空燃比をリッチ方向に制御することで、触媒の排気浄化能力を最大限に発揮させ、また、機関の安定化を図ることができる。また、機関始動時の機関の安定化を図りつつ、触媒を早期活性化することができる。
【００１０】
請求項３記載の発明では、機関の始動直後からの経過時間を計測するタイマ手段を設け、前記空燃比制御手段は、前記タイマ手段の計測時間が予め設定した所定時間を経過した時に空燃比の前記リーン化を開始する構成とした。
これにより、従来、機関の始動性を確保するため設定されている各種の補正値のマッチングを変更せずに、触媒活性化のためのリーン制御を組み込むことができる。
【００１１】
請求項４記載の発明では、前記空燃比制御手段は、リーン化制御に移行した時空燃比を徐々にリーン化し、リッチ化制御に移行した時空燃比を徐々にリッチ方向に制御する構成とした。
これにより、空燃比を滑らかに変化させることができる。
請求項５記載の発明では、前記空燃比制御手段は、機関回転速度と機関負荷に基づいて設定される基本燃料噴射量を、機関冷却水温度に基づいて設定される水温増量係数を含む機関運転状態に応じた各種の補正係数で補正して実際の燃料噴射量を設定する燃料噴射量設定手段を備え、前記水温増量係数の係数値を操作して空燃比をリーン化する構成とした。
【００１２】
請求項６記載の発明では、前記空燃比制御手段は、リーン化制御中に、機関の始動後からの経過時間が予め設定したリーン化限界時間に達した時は、機関冷却水温度に関係なく空燃比をリッチ方向に制御する構成とした。
これにより、例えば水温センサの異常等何等かの異常発生によって、触媒が既に活性化しているにも拘らずリーン制御が過度に継続されることを防止できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態を説明する。
図２は本発明の一実施形態のシステム構成を示す。
図２において、機関１の吸気通路２のスロットル弁３下流（吸気マニホールド）に各気筒毎に燃料噴射弁４が設けられている。燃料噴射弁４は、コントロールユニット５からの機関回転に同期して所定のタイミングで出力される燃料噴射パルス信号により開弁し、所定圧力に調圧された燃料を噴射するようになっている。従って、燃料供給量（燃料噴射量）は燃料噴射パルス信号のパルス幅（燃料噴射パルス幅）により定まる。また、機関１の排気通路６には排気浄化触媒として三元触媒７が介装されている。
【００１４】
前記コントロールユニット５は、マイクロコンピュータを内蔵し、運転状態検出手段としての各種のセンサからの信号を基に演算処理を行い燃料噴射弁４の作動を制御する。
前記各種のセンサとしては、吸気通路２のスロットル弁３上流にて吸入空気流量Ｑを検出するエアフローメータ８、クランク角度と共に機関回転速度Ｎを検出可能なクランク角センサ９、スロットル弁３の開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ１０（スロットル弁３の全閉位置でＯＮとなるアイドルスイッチを含む）、機関１の冷却水温ＴＷを検出する冷却水温検出手段としての水温センサ１１等が設けられている。更に、機関１の排気通路６の三元触媒７上流側に取付けられ機関１に供給される混合気の空燃比と密接な関係にある排気空燃比のリッチ・リーンに応じて出力電圧が急変する特性を有するＯ２ センサ１２、車速ＶＳＰを検出する車速センサ１３が設けられている。また、コントロールユニット５には、機関が始動したか否かを検出するためのスタートスイッチのＯＮ・ＯＦＦ信号が機関始動検出手段としてのキースイッチ１４から入力する。
【００１５】
図３に、コントロールユニット５内のマイクロコンピュータによる演算処理に基づく燃料噴射量Ｔｉ（燃料噴射パルス幅）の算出ルーチンを示す。尚、本ルーチンが燃料噴射量設定手段に相当する。
Ｓ１では、エアフローメータ８からの信号に基づいて検出される吸入空気流量Ｑと、クランク角センサ９からの信号に基づいて検出される機関回転速度Ｎとから、次式に従って基本燃料噴射量Ｔｐを算出する。
【００１６】
Ｔｐ＝Ｋ・Ｑ／Ｎ （但し、Ｋは定数）
Ｓ２では、次式に従って各種補正係数ＴＦＢＹＡを算出する。
ＴＦＢＹＡ＝ＫＭＲ＋ＫＴＷ＋ＫＡＳ＋ＫＨＯＴ
ＫＭＲは空燃比補正係数、ＫＴＷは水温増量係数、ＫＡＳは始動後増量係数、ＫＨＯＴは高水温増量係数である。ここで、本実施形態では、前記水温増量係数ＫＴＷは、機関始動性改善のために燃料を増量設定する従来と同様の通常のプラス増量係数ＰＫＴＷと触媒早期活性化のため始動時に空燃比をリーン化すべく燃料を減量設定するマイナス増量係数ＭＫＴＷを有し、その時の運転状態に応じた両者の値に基づいて設定される。この水温増量係数ＫＴＷの設定方法については後述する。
【００１７】
Ｓ３では、次式に従って、基本燃料噴射量Ｔｐを、各種補正係数ＴＦＢＹＡ、空燃比フィードバック補正係数α、空燃比学習補正係数Ｋ及び電圧補正分Ｔｓによって補正し、最終的な燃料噴射量Ｔｉを算出する。
Ｔｉ＝Ｔｐ・ＴＦＢＹＡ・α・Ｋ＋Ｔｓ
空燃比フィードバック補正係数αは、Ｏ２ センサ１２の出力に基づき周知の比例積分制御により設定される。即ち、Ｏ２ センサ１２の出力電圧とスライスレベルとを比較してリッチ・リーンを判定し、リッチ→リーンの反転時には空燃比フィードバック補正係数αを所定の比例分Ｐ増大させ、引き続くリーン時には空燃比フィードバック補正係数αを時間経過と共に所定の積分分Ｉずつ増大させる（但しＩ≪Ｐ）。そして、リーン→リッチの反転時には空燃比フィードバック補正係数αを所定の比例分Ｐ減少させ、引き続くリッチ時には空燃比フィードバック補正係数αを時間経過と共に所定の積分分Ｉずつ減少させる。但し、かかる空燃比フィードバック制御は、フィードバック制御条件が成立した時のみ行われ、触媒活性化のためリーン制御を行う機関始動時等では、α＝１．０ にクランプされて空燃比フィードバックは停止される。
【００１８】
空燃比学習補正係数Ｋは、空燃比フィードバック補正係数αを、機関負荷を代表する基本燃料噴射量Ｔｐと機関回転速度Ｎとによって複数に区分される運転領域毎に学習した値である。電圧補正分Ｔｓは、バッテリ電圧による燃料噴射弁４の作動遅れ時間の変化に対応するための加算補正項である。
Ｓ４では、算出された燃料噴射量Ｔｉに相当するパルス幅の噴射パルス信号を機関回転に同期した所定のタイミングで燃料噴射弁４に出力し、燃料噴射が実行される。
【００１９】
次に、本実施形態の特徴である水温増量係数ＫＴＷの操作に基づく目標燃空比の設定操作の概略を図４を参照しながら説明する。
水温増量係数ＫＴＷは、図４に示すように、最終的には次式に従って算出される。
ＫＴＷ＝ａ−（ａ−ｂ）×ＫＭＫＴＷ
ここで、ａは、従来の始動時における水温増量係数と同じもので、プラス増量係数ＰＫＴＷであり、次式で表される。
【００２０】
ａ＝ＫＴＷＴＷ×ＫＴＷＮ
ＫＴＷＴＷは、増量分基本値で、始動時の冷却水温ＴＷの値に応じて予め記憶させたテーブルから検索される。また、ＫＴＷＮは、前記増量分基本値ＫＴＷＴＷを機関回転速度Ｎに応じて補正する回転補正率であり、機関回転速度Ｎの値に応じてテーブルから検索される。増量分基本値ＫＴＷＴＷと回転補正率ＫＴＷＮは従来と同様の設定である。また、ｂは、リーン化のための減量補正分であるマイナス増量基本値ＭＫＴＷであり、始動時の冷却水温に応じてテーブルから検索される。このマイナス増量基本値ＭＫＴＷは、種々の燃料増量補正分が入っても空燃比がリッチとならないようにマッチングさせてあり、例えばλ＝１．０５（λは空気過剰率）となるように設定する。
【００２１】
また、ＫＭＫＴＷは、最終的な水温増量係数ＫＴＷ算出時のマイナス増量基本値ＭＫＴＷの重み係数となる減量補正率であり、０〜１の間の値をとり、ＫＭＫＴＷ＝０の場合には、水温増量係数ＫＴＷは、ＫＴＷ＝ａとなって従来と同様の始動時燃料増量が行われる一方、ＫＭＫＴＷ＝１の場合には、ＫＴＷ＝ｂとなって触媒活性化のため空燃比が理論空燃比よりリーン化される。
【００２２】
前記減量補正率ＫＭＫＴＷは、図４に示すように次式によって表される。
ＫＭＫＴＷ＝ｃ×ｄ
ここで、ｃは機関の運転条件に応じて設定される条件補正率で、アイドルスイッチがＯＮの場合で、且つ、車速ＶＳＰが４Ｋｍ／ｈ未満（ＶＳＰ＜４Ｋｍ／ｈ）又は機関回転速度Ｎが予め設定した回転速度ＮＩ 未満（Ｎ＜ＮＩ ：例えばＮＩ ＝１０００ｒｐｍ）の時には、条件補正率ｃは予め設定したアイドル補正率ＩＤＬＫＴＷ＃（例えばＩＤＬＫＴＷ＃＝０．４ ）に設定される。一方、アイドルスイッチがＯＮの場合でも上記の２つの条件がいずれも不成立の時、或いはアイドルスイッチがＯＦＦの場合には、その時の基本燃料噴射量Ｔｐ、機関回転速度Ｎ及びスロットル開度ＴＶＯに応じて条件補正率ｃは設定される。即ち、基本燃料噴射量Ｔｐに応じてテーブルから検索されるＴｐ補正率ＴＭＫＴＴＰ、機関回転速度Ｎに応じてテーブルから検索される回転補正率ＴＭＫＴＮ及びスロットル開度ＴＶＯに応じてテーブルから検索されるＴＶＯ補正率ＴＭＫＴＴＶのうちから最小値を選択して条件補正率ｃとして設定する。これら３つの運転状態に基づく条件補正率ｃの値と運転領域との関係は、例えば図５のように設定してあり、スロットル開度ＴＶＯをパラメータとし中央領域が条件補正率ｃ＝１となる領域で外側になるほど（スロットル開度ＴＶＯが大きくなるほど）条件補正率ｃは小さくなるような設定としている。このように条件補正率ｃを設定することにより、燃焼状態が安定する運転領域においてリーン制御を実行するようにして始動時の機関安定性も確保するようにしている。また、Ｔｐ補正率、回転補正率及びＴＶＯ補正率を２次元の３つのテーブルを用いて記憶させることで、３次元テーブルにより記憶させる場合に比べてプログラム容量を削減できるという利点がある。ここで、条件補正率ｃ設定がリーン化度合補正手段の機能に相当する。
【００２３】
また、ｄは機関始動後にリーン制御に移行する場合やリーン制御後にリッチ制御に移行する場合に、前述した水温増量の算出式におけるマイナス増量基本値ＭＫＴＷの重み係数である減量補正率ＫＭＫＴＷを徐々に変化させるための減量分カット係数ＫＭＫＴＴＷである。この減量分カット係数ＫＭＫＴＴＷは、キースイッチ１４の操作によりスタートスイッチがＯＮ或いは機関非回転中は、ＫＭＫＴＴＷ＝０に設定され、スタートスイッチがＯＦＦとなって機関が回転してから所定時間Ｔ１ （例えばＴ１ ＝２ｓｅｃ ）が経過してリーン制御に移行すると、予め設定した所定値ＤＭＫＴＷＳ＃づつ徐々にＫＭＫＴＴＷ＝１になるまで増大されてリーン化度合を増大させる。また、機関始動時の冷却水温ＴＷＩＮＴ に基づいて設定される触媒活性化判定水温ＴＷＤ に検出冷却水温ＴＷが達してリーン制御からリッチ方向への空燃比制御に移行すると、始動直後のＫＭＫＴＴＷ＝０になるまで予め設定した所定値ＤＭＫＴＷＥ＃づつ徐々に減少され空燃比をリッチ方向に設定する。これにより、機関始動時からリーン制御に移行した時や、リーン制御からリッチ方向への制御に移行した時に、空燃比を滑らかに変化させることができる。
【００２４】
即ち、本実施形態では、機関が始動操作されるとその時の冷却水温に基づいて触媒活性化判定水温ＴＷＤ が設定される。そして、始動後所定時間Ｔ１ 経過するまでは従来同様の始動時増量が行われた後、触媒活性化のためのリーン制御に移行すると、プラス増量係数値とマイナス増量係数値の割合を運転状態に応じた補正を加味しながら水温増量係数ＫＴＷを変化させリーン化度合を高めながら空燃比をリーン化し所定のリーン状態まで制御する。その後、検出冷却水温ＴＷが触媒活性化水温ＴＷＤ になるまでは空燃比を所定のリーン状態に保持し、触媒活性化判定水温ＴＷＤ に達すると、プラス増量係数値とマイナス増量係数値の割合をリーン制御移行時とは逆に徐々に変えて水温増量係数ＫＴＷの値を操作し、理論空燃比に制御するようにしている。
【００２５】
図６及び図７のフローチャートに従って水温増量係数ＫＴＷの具体的な算出動作について説明する。
このルーチンは１０ｍｓ毎に実行されるものである。
Ｓ１１では、キースイッチ１４の操作からスタートスイッチがＯＮかＯＦＦを判定する。スタートスイッチがＯＮ（又は機関非回転中）の時は、Ｓ１２〜１４において、スタートスイッチがＯＦＦしてからの時間を計測するカウンタのカウント値ＳＴＯＦＦを０に初期設定し（Ｓ１２）、次いで減量分カット係数ＫＭＫＴＴＷをＫＭＫＴＴＷ＝０に初期設定し（Ｓ１３）、水温センサ１１で検出される冷却水温ＴＷＩＮＴ に基づいて予め記憶されている活性化判定水温テーブルから活性化判定水温ＴＷＤ を検索する（Ｓ１４）。活性化判定水温ＴＷＤ の設定は、例えば、機関始動時冷却水温ＴＷＩＮＴ が、ＴＷＩＮＴ ≦５０℃ならばＴＷＤ ＝ＴＷＩＮＴ ＋２０℃とし、ＴＷＩＮＴ ＞５０℃ならばＴＷＤ ＝７０℃とするように設定してある。一方、スタートスイッチがＯＦＦとなり且つ機関が回転した時はＳ１５に進む。
【００２６】
Ｓ１５では、前記カウンタのカウント値ＳＴＯＦＦを、本ルーチンの１０回毎に１回カウントアップする。従って、カウント値ＳＴＯＦＦは０．１ ｓｅｃ 毎にカウントアップされる。Ｓ１５がタイマ手段に相当する。
Ｓ１６では、冷却水温の検出値ＴＷと活性化判定水温ＴＷＤ との比較を行い、ＴＷ＜ＴＷＤ の時はＳ１７に進み、カウント値ＳＴＯＦＦと予め設定したリーン化限界時間（例えば１２０ ｓｅｃ ）とを比較し、ＳＴＯＦＦ＜１２０ であればＳ１８に進み、スタートスイッチがＯＦＦになってからの経過時間（カウント値ＳＴＯＦＦ）が予め設定した所定時間Ｔ１ （例えばＴ１ ＝２ｓｅｃ ）経過したか否かを判定する。Ｓ１８でＳＴＯＦＦ＜Ｔ１ と判定された場合は、現時点ではＫＭＫＴＴＷ＝０であるため、後述のＳ２９において水温増量の減量分の重み係数であるＫＭＫＴＷがＫＭＫＴＷ＝０であり、Ｓ３５において最終的な水温増量ＫＴＷが、プラス増量係数ＰＫＴＷと等しくなり、従来同様の始動時増量値として算出される。一方、Ｓ１８でＳＴＯＦＦ≧Ｔ１ と判定された場合は、リーン制御の開始と判断してＳ１９に進む。このように、機関の始動操作から所定時間Ｔ１ 経過した後にリーン制御に移行させるようにしたので、始動性能確保のため、機関始動時において燃料増量のために従来から設定されている各種係数の基本値のマッチングを変えることなく本制御システムを組み込むことができる。
【００２７】
Ｓ19では、Ｓ 13において初期設定された減量分カット係数ＫＭＫＴＴＷに予め設定した一定値ＤＭＫＴＷＳ♯を加算する。
Ｓ20では、λコントロール条件成立か否かを判定し、λコントロール条件不成立の時は、Ｓ21に進み、アイドルスイッチがＯＮかＯＦＦを判定する。ここで、アイドルスイッチがＯＮと判定された時は、Ｓ22、Ｓ23において、車速ＶＳＰ及び機関回転速度Ｎを調べ、ＶＳＰ＜４Ｋｍ／ｈ又はＮ＜ＮI のどちら一方の条件が成立していれば、Ｓ24に進み、条件補正率ｃを予め設定したアイドル補正率ＩＤＬＫＴＷ♯にセットする。
【００２８】
一方、Ｓ２１でアイドルスイッチがＯＦＦと判定された時は、Ｓ２５〜Ｓ２８を実行し、基本燃料噴射量Ｔｐと機関回転速度Ｎとスロットル開度ＴＶＯに基づいて、Ｔｐ補正率ＴＭＫＴＴＰ、回転補正率ＴＭＫＴＮ及びＴＶＯ補正率ＴＭＫＴＴＶをそれぞれのテーブルにより検索し、３つの補正率のうちの最小値を選択して条件補正率ｃとして設定する。
【００２９】
次いで、Ｓ２９では、減量補正率ＫＭＫＴＷを条件補正率ｃと減量分カット係数ＫＭＫＴＴＷから算出する（ＫＭＫＴＷ＝ｃ×ＫＭＫＴＴＷ）。
Ｓ３０では、プラス増量基本値ＫＴＷＴＷを冷却水温に基づいてテーブル検索する。
Ｓ３１では、回転補正率ＫＴＷＮをテーブル検索する。
【００３０】
Ｓ３２では、Ｓ３０とＳ３１で検索したプラス増量基本値ＫＴＷＴＷと回転補正率ＫＴＷＮとからプラス増量係数ＰＫＴＷを算出する（ＰＫＴＷ＝ＫＴＷＴＷ×ＫＴＷＮ）。
Ｓ３３では、マイナス増量基本値ＭＫＴＷを冷却水温に基づいてテーブル検索する。
【００３１】
Ｓ３４では、プラス増量係数ＰＫＴＷとマイナス増量基本値ＭＫＴＷの差を演算し、この値をＰＭＫＴＷする。
Ｓ３５では、プラス増量係数ＰＫＴＷから、前記ＰＭＫＴＷ（＝ＰＫＴＷ−ＭＫＴＷ）に減量補正率ＫＭＫＴＷを乗算した値を減算して最終的な水温増量係数ＫＴＷを算出する（ＫＴＷ＝ＰＫＴＷ−ＰＭＫＴＷ×ＫＭＫＴＷ）。
【００３２】
リーン制御が開始された後は、このルーチンが１回終了する毎（１０ｍｓ）にＳ１９において減量分カット係数ＫＭＫＴＴＷを一定値ＤＭＫＴＷＳ＃づつＫＭＫＴＴＷ＝１になるまで増大し、水温増量係数ＫＴＷのマイナス分（燃料減量分）を増大させて空燃比をリーン制御して三元触媒の活性化が促進される。
その後、Ｓ１６において冷却水温ＴＷが活性化判定水温ＴＷＤ に達した（ＴＷ≧ＴＷＤ ）と判定されると、三元触媒７が活性化したと判断してＳ３６に進み、減量分カット係数ＫＭＫＴＴＷを逆に一定値ＤＭＫＴＷＥ＃減少させて空燃比のリッチ方向への制御が開始される。この場合も、リッチ方向への制御が開始された後は、このルーチンが１回終了する毎（１０ｍｓ）にＳ３６において減量分カット係数ＫＭＫＴＴＷが一定値ＤＭＫＴＷＥ＃づつＫＭＫＴＴＷ＝０になるまで減少することにより、水温増量係数ＫＴＷのマイナス分（燃料減量分）が減少して空燃比が徐々にリッチ化される。
【００３３】
図８はスタートスイッチがＯＮされてから空燃比のリーン制御を経て空燃比がリッチ方向に制御されるまでの減量分カット係数ＫＭＫＴＴＷの値の変化の様子を示している。
また、冷却水温ＴＷが、ＴＷ≧ＴＷD となる以前に、Ｓ17でＳＴＯＦＦ≧120と判定された場合には、直ちにＳ36に進み、減量分カット係数ＫＭＫＴＴＷを一定値ＤＭＫＴＷＥ♯づつ減少させて空燃比をリッチ方向に制御する。これは、通常の使用状態では、120 sec 以内に冷却水温ＴＷは、活性化判定水温ＴＷD に達するはずであり、120 sec 経過してもＴＷ≧ＴＷD にならない時には何らかの故障が存在すると考えられ、直ちにリーン制御を停止させてリッチ方向に制御するようにしている。このように、フェールセーフ機能としてＳ17の判定動作を設け、システムの安全性を向上させると共に、機関の安定性を確保するようにしている。
【００３４】
尚、Ｓ２０において、λコントロール条件が成立している場合には、水温増量係数ＫＴＷ＝０とし、空燃比のフィードバック制御が実行される。
以上のように、本実施形態によれば、機関始動時の冷却水温に基づいて触媒活性化水温を推定し、冷却水温が推定水温に到達した時に触媒活性化と判断して触媒活性化のための空燃比リーン制御を停止させるので、機関始動時の環境状況に応じて触媒早期活性化のためのリーン制御を適正時間だけ実行するようになる。従って、触媒早期活性化を図ることができると共に、始動時の機関安定性も確保できる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１及び２記載の発明によれば、機関始動時の冷却水温に基づいて触媒活性化水温を推定し、機関始動時の安定化を図りつつ推定水温に達するまでリーン制御を行う構成とすることで、触媒の早期活性化及び機関安定性の両立を図ることができる。
【００３６】
請求項３記載の発明によれば、機関が始動してから所定時間経過後にリーン制御を開始するので、従来の機関の始動性を確保するため設定されている各種補正値のマッチングを変更せずに触媒活性化のためのリーン制御を組み込むことができる。
請求項４記載の発明によれば、リーン制御への移行時及びリーンからリッチへの移行時に空燃比の変化を滑らかにすることができる。
【００３７】
請求項６記載の発明によれば、リーン制御の限界時間を予め設定し、この設定時間経過後は、冷却水温に関係なく直ちに空燃比をリッチ方向に制御するので、何等かの異常発生により触媒活性後もリーン制御が継続されてしまうことを防止でき、本システムの安全性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成を説明するブロック構成図
【図２】本発明の一実施形態のシステム構成図
【図３】同上実施形態の燃料噴射量算出ルーチン
【図４】同上実施形態の水温増量補正係数操作による目標燃空比の設定操作の説明図
【図５】リーン制御の運転領域を示す特性図
【図６】同上実施形態の水温増量補正係数の算出動作を示すフローチャート
【図７】図６に続くフローチャート
【図８】同上実施形態の水温増量係数算出に関係する減量分カット係数の機関始動時からの変化状態を示すタイムチャート
【符号の説明】
１ 機関
２ 吸気通路
３ スロットル弁
４ 燃料噴射弁
５ コントロールユニット
６ 排気通路
７ 三元触媒
８ エアフローメータ
９ クランク角センサ
１０ スロットルセンサ
１１ 水温センサ
１２ Ｏ２ センサ
１３ 車速センサ
１４ キースイッチ
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、機関排気通路に排気浄化触媒を有するシステムにおいて触媒の早期活性化を図るための制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、機関排気通路に排気浄化触媒として三元触媒を介装し、該三元触媒によって排気中の有害成分であるＮＯｘ ，ＨＣ，ＣＯを浄化することが行われている。
ここで、三元触媒は、所定の温度まで加熱して活性化しないと、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、三元触媒で十分な浄化が行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させて触媒雰囲気の酸素濃度を高め、触媒における酸化反応を促進させて触媒温度の上昇を図ることが知られており、空燃比のリーン化制御によって機関からのＨＣの排出量も減少させることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、機関を始動してから触媒早期活性化のために行う従来のリーン制御では、機関始動後から予め設定した一定時間の間リーン制御したり、冷却水温が予め設定した特定温度になるまでリーン制御するものであった。しかし、このような従来の制御方式では、始動時の機関温度状況等の機関始動時の環境条件の違いによって、触媒が活性化するまでの時間や、触媒が活性化した時の機関冷却水温は必ずしも一定の時間や温度とはならない。このため、機関始動時の環境条件の差異によりリーン制御の期間に過不足が生じ、リーン制御の期間が短過ぎると、機関始動後における触媒活性化が遅れ、機関始動直後の排気浄化能力が十分に発揮できない。また、リーン制御期間が長過ぎるとＮＯｘ 排出量の増大を招いたり、触媒温度が過度に上昇して触媒の劣化が早まる虞れがある。
【０００５】
尚、暖機中に理論空燃比よりリーン空燃比に制御し、且つ、冷却水温に応じてリーン空燃比の目標値を可変するものがあるが（特開昭６０−２３０５３２号公報等参照）、このものは、運転性を損なうことなく暖機時の燃料消費率を改善することを目的とし、そのため、暖機中の冷却水温が所定温度に達するまでは空燃比を理論空燃比以下のリッチ側に制御し、所定温度に達した後から暖機完了までの間でリーン制御を行いその際の目標空燃比を冷却水温に応じて設定するものである。従って、機関始動直後において空燃比をリーン制御して触媒早期活性化を図る技術とは異なる。
【０００６】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、機関始動時の冷却水温に基づいて触媒の活性化水温を推定し、推定した活性化水温までリーン制御を行うことにより、機関始動時の環境状況等に応じた適切なリーン制御を実現することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の発明による内燃機関の制御では、図１に示すように、機関Ａの始動を検出する機関始動検出手段Ｂと、機関冷却水温を検出する冷却水温検出手段Ｃと、機関始動検出時の機関冷却水温に基づいて、機関の排気通路Ｄに設けた排気浄化触媒Ｅの活性化判定冷却水温を設定する活性化判定水温設定手段Ｆと、機関冷却水温が前記活性化判定水温になるまでは機関Ａに供給される混合気の空燃比を理論空燃比よりリーン化し、前記活性化判定水温に達した後、リーン化された空燃比をリッチ方向に制御する空燃比制御手段Ｇとを備え、前記空燃比制御手段は、機関運転状態がアイドル状態か否かに応じてリーン化度合を補正するリーン化度合補正手段を備える構成とした。
【０００８】
かかる構成によれば、機関始動時の冷却水温状況から触媒活性化水温を推定して、推定された冷却水温に達するまで空燃比をリーン制御することで、触媒を早期に活性化させることができる。推定冷却水温に達した後は、触媒は活性化したと判断して空燃比をリッチ方向に制御することで、触媒の排気浄化能力を最大限に発揮させることができ、また、機関の安定化を図ることができる。しかも、機関運転状態がアイドル状態か否かに応じてリーン化の度合を補正することで、機関始動時の機関の安定化を図りつつ、触媒を早期活性化することができる。
【０００９】
請求項２記載の発明では、機関の始動を検出する機関始動検出手段と、機関冷却水温を検出する冷却水温検出手段と、機関始動検出時の機関冷却水温に基づいて、機関の排気通路に設けた排気浄化触媒の活性化判定冷却水温を設定する活性化判定水温設定手段と、機関冷却水温が前記活性化判定水温になるまでは機関に供給される混合気の空燃比を理論空燃比よりリーン化し、前記活性化判定水温に達した後、リーン化された空燃比をリッチ方向に制御する空燃比制御手段と、を備え、前記空燃比制御手段は、燃料噴射量、機関回転速度、又はスロットル開度に応じてリーン化度合を補正するリーン化度合補正手段を備える構成とした。
これにより、機関始動時の冷却水温状況から推定された冷却水温に達するまで空燃比をリーン制御することで、触媒を早期に活性化させることができる。推定冷却水温に達した後は、触媒は活性化したと判断して空燃比をリッチ方向に制御することで、触媒の排気浄化能力を最大限に発揮させ、また、機関の安定化を図ることができる。また、機関始動時の機関の安定化を図りつつ、触媒を早期活性化することができる。
【００１０】
請求項３記載の発明では、機関の始動直後からの経過時間を計測するタイマ手段を設け、前記空燃比制御手段は、前記タイマ手段の計測時間が予め設定した所定時間を経過した時に空燃比の前記リーン化を開始する構成とした。
これにより、従来、機関の始動性を確保するため設定されている各種の補正値のマッチングを変更せずに、触媒活性化のためのリーン制御を組み込むことができる。
【００１１】
請求項４記載の発明では、前記空燃比制御手段は、リーン化制御に移行した時空燃比を徐々にリーン化し、リッチ化制御に移行した時空燃比を徐々にリッチ方向に制御する構成とした。
これにより、空燃比を滑らかに変化させることができる。
請求項５記載の発明では、前記空燃比制御手段は、機関回転速度と機関負荷に基づいて設定される基本燃料噴射量を、機関冷却水温度に基づいて設定される水温増量係数を含む機関運転状態に応じた各種の補正係数で補正して実際の燃料噴射量を設定する燃料噴射量設定手段を備え、前記水温増量係数の係数値を操作して空燃比をリーン化する構成とした。
【００１２】
請求項６記載の発明では、前記空燃比制御手段は、リーン化制御中に、機関の始動後からの経過時間が予め設定したリーン化限界時間に達した時は、機関冷却水温度に関係なく空燃比をリッチ方向に制御する構成とした。
これにより、例えば水温センサの異常等何等かの異常発生によって、触媒が既に活性化しているにも拘らずリーン制御が過度に継続されることを防止できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態を説明する。
図２は本発明の一実施形態のシステム構成を示す。
図２において、機関１の吸気通路２のスロットル弁３下流（吸気マニホールド）に各気筒毎に燃料噴射弁４が設けられている。燃料噴射弁４は、コントロールユニット５からの機関回転に同期して所定のタイミングで出力される燃料噴射パルス信号により開弁し、所定圧力に調圧された燃料を噴射するようになっている。従って、燃料供給量（燃料噴射量）は燃料噴射パルス信号のパルス幅（燃料噴射パルス幅）により定まる。また、機関１の排気通路６には排気浄化触媒として三元触媒７が介装されている。
【００１４】
前記コントロールユニット５は、マイクロコンピュータを内蔵し、運転状態検出手段としての各種のセンサからの信号を基に演算処理を行い燃料噴射弁４の作動を制御する。
前記各種のセンサとしては、吸気通路２のスロットル弁３上流にて吸入空気流量Ｑを検出するエアフローメータ８、クランク角度と共に機関回転速度Ｎを検出可能なクランク角センサ９、スロットル弁３の開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ１０（スロットル弁３の全閉位置でＯＮとなるアイドルスイッチを含む）、機関１の冷却水温ＴＷを検出する冷却水温検出手段としての水温センサ１１等が設けられている。更に、機関１の排気通路６の三元触媒７上流側に取付けられ機関１に供給される混合気の空燃比と密接な関係にある排気空燃比のリッチ・リーンに応じて出力電圧が急変する特性を有するＯ２ センサ１２、車速ＶＳＰを検出する車速センサ１３が設けられている。また、コントロールユニット５には、機関が始動したか否かを検出するためのスタートスイッチのＯＮ・ＯＦＦ信号が機関始動検出手段としてのキースイッチ１４から入力する。
【００１５】
図３に、コントロールユニット５内のマイクロコンピュータによる演算処理に基づく燃料噴射量Ｔｉ（燃料噴射パルス幅）の算出ルーチンを示す。尚、本ルーチンが燃料噴射量設定手段に相当する。
Ｓ１では、エアフローメータ８からの信号に基づいて検出される吸入空気流量Ｑと、クランク角センサ９からの信号に基づいて検出される機関回転速度Ｎとから、次式に従って基本燃料噴射量Ｔｐを算出する。
【００１６】
Ｔｐ＝Ｋ・Ｑ／Ｎ （但し、Ｋは定数）
Ｓ２では、次式に従って各種補正係数ＴＦＢＹＡを算出する。
ＴＦＢＹＡ＝ＫＭＲ＋ＫＴＷ＋ＫＡＳ＋ＫＨＯＴ
ＫＭＲは空燃比補正係数、ＫＴＷは水温増量係数、ＫＡＳは始動後増量係数、ＫＨＯＴは高水温増量係数である。ここで、本実施形態では、前記水温増量係数ＫＴＷは、機関始動性改善のために燃料を増量設定する従来と同様の通常のプラス増量係数ＰＫＴＷと触媒早期活性化のため始動時に空燃比をリーン化すべく燃料を減量設定するマイナス増量係数ＭＫＴＷを有し、その時の運転状態に応じた両者の値に基づいて設定される。この水温増量係数ＫＴＷの設定方法については後述する。
【００１７】
Ｓ３では、次式に従って、基本燃料噴射量Ｔｐを、各種補正係数ＴＦＢＹＡ、空燃比フィードバック補正係数α、空燃比学習補正係数Ｋ及び電圧補正分Ｔｓによって補正し、最終的な燃料噴射量Ｔｉを算出する。
Ｔｉ＝Ｔｐ・ＴＦＢＹＡ・α・Ｋ＋Ｔｓ
空燃比フィードバック補正係数αは、Ｏ２ センサ１２の出力に基づき周知の比例積分制御により設定される。即ち、Ｏ２ センサ１２の出力電圧とスライスレベルとを比較してリッチ・リーンを判定し、リッチ→リーンの反転時には空燃比フィードバック補正係数αを所定の比例分Ｐ増大させ、引き続くリーン時には空燃比フィードバック補正係数αを時間経過と共に所定の積分分Ｉずつ増大させる（但しＩ≪Ｐ）。そして、リーン→リッチの反転時には空燃比フィードバック補正係数αを所定の比例分Ｐ減少させ、引き続くリッチ時には空燃比フィードバック補正係数αを時間経過と共に所定の積分分Ｉずつ減少させる。但し、かかる空燃比フィードバック制御は、フィードバック制御条件が成立した時のみ行われ、触媒活性化のためリーン制御を行う機関始動時等では、α＝１．０ にクランプされて空燃比フィードバックは停止される。
【００１８】
空燃比学習補正係数Ｋは、空燃比フィードバック補正係数αを、機関負荷を代表する基本燃料噴射量Ｔｐと機関回転速度Ｎとによって複数に区分される運転領域毎に学習した値である。電圧補正分Ｔｓは、バッテリ電圧による燃料噴射弁４の作動遅れ時間の変化に対応するための加算補正項である。
Ｓ４では、算出された燃料噴射量Ｔｉに相当するパルス幅の噴射パルス信号を機関回転に同期した所定のタイミングで燃料噴射弁４に出力し、燃料噴射が実行される。
【００１９】
次に、本実施形態の特徴である水温増量係数ＫＴＷの操作に基づく目標燃空比の設定操作の概略を図４を参照しながら説明する。
水温増量係数ＫＴＷは、図４に示すように、最終的には次式に従って算出される。
ＫＴＷ＝ａ−（ａ−ｂ）×ＫＭＫＴＷ
ここで、ａは、従来の始動時における水温増量係数と同じもので、プラス増量係数ＰＫＴＷであり、次式で表される。
【００２０】
ａ＝ＫＴＷＴＷ×ＫＴＷＮ
ＫＴＷＴＷは、増量分基本値で、始動時の冷却水温ＴＷの値に応じて予め記憶させたテーブルから検索される。また、ＫＴＷＮは、前記増量分基本値ＫＴＷＴＷを機関回転速度Ｎに応じて補正する回転補正率であり、機関回転速度Ｎの値に応じてテーブルから検索される。増量分基本値ＫＴＷＴＷと回転補正率ＫＴＷＮは従来と同様の設定である。また、ｂは、リーン化のための減量補正分であるマイナス増量基本値ＭＫＴＷであり、始動時の冷却水温に応じてテーブルから検索される。このマイナス増量基本値ＭＫＴＷは、種々の燃料増量補正分が入っても空燃比がリッチとならないようにマッチングさせてあり、例えばλ＝１．０５（λは空気過剰率）となるように設定する。
【００２１】
また、ＫＭＫＴＷは、最終的な水温増量係数ＫＴＷ算出時のマイナス増量基本値ＭＫＴＷの重み係数となる減量補正率であり、０〜１の間の値をとり、ＫＭＫＴＷ＝０の場合には、水温増量係数ＫＴＷは、ＫＴＷ＝ａとなって従来と同様の始動時燃料増量が行われる一方、ＫＭＫＴＷ＝１の場合には、ＫＴＷ＝ｂとなって触媒活性化のため空燃比が理論空燃比よりリーン化される。
【００２２】
前記減量補正率ＫＭＫＴＷは、図４に示すように次式によって表される。
ＫＭＫＴＷ＝ｃ×ｄ
ここで、ｃは機関の運転条件に応じて設定される条件補正率で、アイドルスイッチがＯＮの場合で、且つ、車速ＶＳＰが４Ｋｍ／ｈ未満（ＶＳＰ＜４Ｋｍ／ｈ）又は機関回転速度Ｎが予め設定した回転速度ＮＩ 未満（Ｎ＜ＮＩ ：例えばＮＩ ＝１０００ｒｐｍ）の時には、条件補正率ｃは予め設定したアイドル補正率ＩＤＬＫＴＷ＃（例えばＩＤＬＫＴＷ＃＝０．４ ）に設定される。一方、アイドルスイッチがＯＮの場合でも上記の２つの条件がいずれも不成立の時、或いはアイドルスイッチがＯＦＦの場合には、その時の基本燃料噴射量Ｔｐ、機関回転速度Ｎ及びスロットル開度ＴＶＯに応じて条件補正率ｃは設定される。即ち、基本燃料噴射量Ｔｐに応じてテーブルから検索されるＴｐ補正率ＴＭＫＴＴＰ、機関回転速度Ｎに応じてテーブルから検索される回転補正率ＴＭＫＴＮ及びスロットル開度ＴＶＯに応じてテーブルから検索されるＴＶＯ補正率ＴＭＫＴＴＶのうちから最小値を選択して条件補正率ｃとして設定する。これら３つの運転状態に基づく条件補正率ｃの値と運転領域との関係は、例えば図５のように設定してあり、スロットル開度ＴＶＯをパラメータとし中央領域が条件補正率ｃ＝１となる領域で外側になるほど（スロットル開度ＴＶＯが大きくなるほど）条件補正率ｃは小さくなるような設定としている。このように条件補正率ｃを設定することにより、燃焼状態が安定する運転領域においてリーン制御を実行するようにして始動時の機関安定性も確保するようにしている。また、Ｔｐ補正率、回転補正率及びＴＶＯ補正率を２次元の３つのテーブルを用いて記憶させることで、３次元テーブルにより記憶させる場合に比べてプログラム容量を削減できるという利点がある。ここで、条件補正率ｃ設定がリーン化度合補正手段の機能に相当する。
【００２３】
また、ｄは機関始動後にリーン制御に移行する場合やリーン制御後にリッチ制御に移行する場合に、前述した水温増量の算出式におけるマイナス増量基本値ＭＫＴＷの重み係数である減量補正率ＫＭＫＴＷを徐々に変化させるための減量分カット係数ＫＭＫＴＴＷである。この減量分カット係数ＫＭＫＴＴＷは、キースイッチ１４の操作によりスタートスイッチがＯＮ或いは機関非回転中は、ＫＭＫＴＴＷ＝０に設定され、スタートスイッチがＯＦＦとなって機関が回転してから所定時間Ｔ１ （例えばＴ１ ＝２ｓｅｃ ）が経過してリーン制御に移行すると、予め設定した所定値ＤＭＫＴＷＳ＃づつ徐々にＫＭＫＴＴＷ＝１になるまで増大されてリーン化度合を増大させる。また、機関始動時の冷却水温ＴＷＩＮＴ に基づいて設定される触媒活性化判定水温ＴＷＤ に検出冷却水温ＴＷが達してリーン制御からリッチ方向への空燃比制御に移行すると、始動直後のＫＭＫＴＴＷ＝０になるまで予め設定した所定値ＤＭＫＴＷＥ＃づつ徐々に減少され空燃比をリッチ方向に設定する。これにより、機関始動時からリーン制御に移行した時や、リーン制御からリッチ方向への制御に移行した時に、空燃比を滑らかに変化させることができる。
【００２４】
即ち、本実施形態では、機関が始動操作されるとその時の冷却水温に基づいて触媒活性化判定水温ＴＷＤ が設定される。そして、始動後所定時間Ｔ１ 経過するまでは従来同様の始動時増量が行われた後、触媒活性化のためのリーン制御に移行すると、プラス増量係数値とマイナス増量係数値の割合を運転状態に応じた補正を加味しながら水温増量係数ＫＴＷを変化させリーン化度合を高めながら空燃比をリーン化し所定のリーン状態まで制御する。その後、検出冷却水温ＴＷが触媒活性化水温ＴＷＤ になるまでは空燃比を所定のリーン状態に保持し、触媒活性化判定水温ＴＷＤ に達すると、プラス増量係数値とマイナス増量係数値の割合をリーン制御移行時とは逆に徐々に変えて水温増量係数ＫＴＷの値を操作し、理論空燃比に制御するようにしている。
【００２５】
図６及び図７のフローチャートに従って水温増量係数ＫＴＷの具体的な算出動作について説明する。
このルーチンは１０ｍｓ毎に実行されるものである。
Ｓ１１では、キースイッチ１４の操作からスタートスイッチがＯＮかＯＦＦを判定する。スタートスイッチがＯＮ（又は機関非回転中）の時は、Ｓ１２〜１４において、スタートスイッチがＯＦＦしてからの時間を計測するカウンタのカウント値ＳＴＯＦＦを０に初期設定し（Ｓ１２）、次いで減量分カット係数ＫＭＫＴＴＷをＫＭＫＴＴＷ＝０に初期設定し（Ｓ１３）、水温センサ１１で検出される冷却水温ＴＷＩＮＴ に基づいて予め記憶されている活性化判定水温テーブルから活性化判定水温ＴＷＤ を検索する（Ｓ１４）。活性化判定水温ＴＷＤ の設定は、例えば、機関始動時冷却水温ＴＷＩＮＴ が、ＴＷＩＮＴ ≦５０℃ならばＴＷＤ ＝ＴＷＩＮＴ ＋２０℃とし、ＴＷＩＮＴ ＞５０℃ならばＴＷＤ ＝７０℃とするように設定してある。一方、スタートスイッチがＯＦＦとなり且つ機関が回転した時はＳ１５に進む。
【００２６】
Ｓ１５では、前記カウンタのカウント値ＳＴＯＦＦを、本ルーチンの１０回毎に１回カウントアップする。従って、カウント値ＳＴＯＦＦは０．１ ｓｅｃ 毎にカウントアップされる。Ｓ１５がタイマ手段に相当する。
Ｓ１６では、冷却水温の検出値ＴＷと活性化判定水温ＴＷＤ との比較を行い、ＴＷ＜ＴＷＤ の時はＳ１７に進み、カウント値ＳＴＯＦＦと予め設定したリーン化限界時間（例えば１２０ ｓｅｃ ）とを比較し、ＳＴＯＦＦ＜１２０ であればＳ１８に進み、スタートスイッチがＯＦＦになってからの経過時間（カウント値ＳＴＯＦＦ）が予め設定した所定時間Ｔ１ （例えばＴ１ ＝２ｓｅｃ ）経過したか否かを判定する。Ｓ１８でＳＴＯＦＦ＜Ｔ１ と判定された場合は、現時点ではＫＭＫＴＴＷ＝０であるため、後述のＳ２９において水温増量の減量分の重み係数であるＫＭＫＴＷがＫＭＫＴＷ＝０であり、Ｓ３５において最終的な水温増量ＫＴＷが、プラス増量係数ＰＫＴＷと等しくなり、従来同様の始動時増量値として算出される。一方、Ｓ１８でＳＴＯＦＦ≧Ｔ１ と判定された場合は、リーン制御の開始と判断してＳ１９に進む。このように、機関の始動操作から所定時間Ｔ１ 経過した後にリーン制御に移行させるようにしたので、始動性能確保のため、機関始動時において燃料増量のために従来から設定されている各種係数の基本値のマッチングを変えることなく本制御システムを組み込むことができる。
【００２７】
Ｓ19では、Ｓ 13において初期設定された減量分カット係数ＫＭＫＴＴＷに予め設定した一定値ＤＭＫＴＷＳ♯を加算する。
Ｓ20では、λコントロール条件成立か否かを判定し、λコントロール条件不成立の時は、Ｓ21に進み、アイドルスイッチがＯＮかＯＦＦを判定する。ここで、アイドルスイッチがＯＮと判定された時は、Ｓ22、Ｓ23において、車速ＶＳＰ及び機関回転速度Ｎを調べ、ＶＳＰ＜４Ｋｍ／ｈ又はＮ＜ＮI のどちら一方の条件が成立していれば、Ｓ24に進み、条件補正率ｃを予め設定したアイドル補正率ＩＤＬＫＴＷ♯にセットする。
【００２８】
一方、Ｓ２１でアイドルスイッチがＯＦＦと判定された時は、Ｓ２５〜Ｓ２８を実行し、基本燃料噴射量Ｔｐと機関回転速度Ｎとスロットル開度ＴＶＯに基づいて、Ｔｐ補正率ＴＭＫＴＴＰ、回転補正率ＴＭＫＴＮ及びＴＶＯ補正率ＴＭＫＴＴＶをそれぞれのテーブルにより検索し、３つの補正率のうちの最小値を選択して条件補正率ｃとして設定する。
【００２９】
次いで、Ｓ２９では、減量補正率ＫＭＫＴＷを条件補正率ｃと減量分カット係数ＫＭＫＴＴＷから算出する（ＫＭＫＴＷ＝ｃ×ＫＭＫＴＴＷ）。
Ｓ３０では、プラス増量基本値ＫＴＷＴＷを冷却水温に基づいてテーブル検索する。
Ｓ３１では、回転補正率ＫＴＷＮをテーブル検索する。
【００３０】
Ｓ３２では、Ｓ３０とＳ３１で検索したプラス増量基本値ＫＴＷＴＷと回転補正率ＫＴＷＮとからプラス増量係数ＰＫＴＷを算出する（ＰＫＴＷ＝ＫＴＷＴＷ×ＫＴＷＮ）。
Ｓ３３では、マイナス増量基本値ＭＫＴＷを冷却水温に基づいてテーブル検索する。
【００３１】
Ｓ３４では、プラス増量係数ＰＫＴＷとマイナス増量基本値ＭＫＴＷの差を演算し、この値をＰＭＫＴＷする。
Ｓ３５では、プラス増量係数ＰＫＴＷから、前記ＰＭＫＴＷ（＝ＰＫＴＷ−ＭＫＴＷ）に減量補正率ＫＭＫＴＷを乗算した値を減算して最終的な水温増量係数ＫＴＷを算出する（ＫＴＷ＝ＰＫＴＷ−ＰＭＫＴＷ×ＫＭＫＴＷ）。
【００３２】
リーン制御が開始された後は、このルーチンが１回終了する毎（１０ｍｓ）にＳ１９において減量分カット係数ＫＭＫＴＴＷを一定値ＤＭＫＴＷＳ＃づつＫＭＫＴＴＷ＝１になるまで増大し、水温増量係数ＫＴＷのマイナス分（燃料減量分）を増大させて空燃比をリーン制御して三元触媒の活性化が促進される。
その後、Ｓ１６において冷却水温ＴＷが活性化判定水温ＴＷＤ に達した（ＴＷ≧ＴＷＤ ）と判定されると、三元触媒７が活性化したと判断してＳ３６に進み、減量分カット係数ＫＭＫＴＴＷを逆に一定値ＤＭＫＴＷＥ＃減少させて空燃比のリッチ方向への制御が開始される。この場合も、リッチ方向への制御が開始された後は、このルーチンが１回終了する毎（１０ｍｓ）にＳ３６において減量分カット係数ＫＭＫＴＴＷが一定値ＤＭＫＴＷＥ＃づつＫＭＫＴＴＷ＝０になるまで減少することにより、水温増量係数ＫＴＷのマイナス分（燃料減量分）が減少して空燃比が徐々にリッチ化される。
【００３３】
図８はスタートスイッチがＯＮされてから空燃比のリーン制御を経て空燃比がリッチ方向に制御されるまでの減量分カット係数ＫＭＫＴＴＷの値の変化の様子を示している。
また、冷却水温ＴＷが、ＴＷ≧ＴＷD となる以前に、Ｓ17でＳＴＯＦＦ≧120と判定された場合には、直ちにＳ36に進み、減量分カット係数ＫＭＫＴＴＷを一定値ＤＭＫＴＷＥ♯づつ減少させて空燃比をリッチ方向に制御する。これは、通常の使用状態では、120 sec 以内に冷却水温ＴＷは、活性化判定水温ＴＷD に達するはずであり、120 sec 経過してもＴＷ≧ＴＷD にならない時には何らかの故障が存在すると考えられ、直ちにリーン制御を停止させてリッチ方向に制御するようにしている。このように、フェールセーフ機能としてＳ17の判定動作を設け、システムの安全性を向上させると共に、機関の安定性を確保するようにしている。
【００３４】
尚、Ｓ２０において、λコントロール条件が成立している場合には、水温増量係数ＫＴＷ＝０とし、空燃比のフィードバック制御が実行される。
以上のように、本実施形態によれば、機関始動時の冷却水温に基づいて触媒活性化水温を推定し、冷却水温が推定水温に到達した時に触媒活性化と判断して触媒活性化のための空燃比リーン制御を停止させるので、機関始動時の環境状況に応じて触媒早期活性化のためのリーン制御を適正時間だけ実行するようになる。従って、触媒早期活性化を図ることができると共に、始動時の機関安定性も確保できる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１及び２記載の発明によれば、機関始動時の冷却水温に基づいて触媒活性化水温を推定し、機関始動時の安定化を図りつつ推定水温に達するまでリーン制御を行う構成とすることで、触媒の早期活性化及び機関安定性の両立を図ることができる。
【００３６】
請求項３記載の発明によれば、機関が始動してから所定時間経過後にリーン制御を開始するので、従来の機関の始動性を確保するため設定されている各種補正値のマッチングを変更せずに触媒活性化のためのリーン制御を組み込むことができる。
請求項４記載の発明によれば、リーン制御への移行時及びリーンからリッチへの移行時に空燃比の変化を滑らかにすることができる。
【００３７】
請求項６記載の発明によれば、リーン制御の限界時間を予め設定し、この設定時間経過後は、冷却水温に関係なく直ちに空燃比をリッチ方向に制御するので、何等かの異常発生により触媒活性後もリーン制御が継続されてしまうことを防止でき、本システムの安全性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成を説明するブロック構成図
【図２】本発明の一実施形態のシステム構成図
【図３】同上実施形態の燃料噴射量算出ルーチン
【図４】同上実施形態の水温増量補正係数操作による目標燃空比の設定操作の説明図
【図５】リーン制御の運転領域を示す特性図
【図６】同上実施形態の水温増量補正係数の算出動作を示すフローチャート
【図７】図６に続くフローチャート
【図８】同上実施形態の水温増量係数算出に関係する減量分カット係数の機関始動時からの変化状態を示すタイムチャート
【符号の説明】
１ 機関
２ 吸気通路
３ スロットル弁
４ 燃料噴射弁
５ コントロールユニット
６ 排気通路
７ 三元触媒
８ エアフローメータ
９ クランク角センサ
１０ スロットルセンサ
１１ 水温センサ
１２ Ｏ２ センサ
１３ 車速センサ
１４ キースイッチ
Claims (6)
- 機関の始動を検出する機関始動検出手段と、
機関冷却水温を検出する冷却水温検出手段と、
機関始動検出時の機関冷却水温に基づいて、機関の排気通路に設けた排気浄化触媒の活性化判定冷却水温を設定する活性化判定水温設定手段と、
機関冷却水温が前記活性化判定水温になるまでは機関に供給される混合気の空燃比を理論空燃比よりリーン化し、前記活性化判定水温に達した後、リーン化された空燃比をリッチ方向に制御する空燃比制御手段と、を備え、
前記空燃比制御手段は、機関運転状態がアイドル状態か否かに応じてリーン化度合を補正するリーン化度合補正手段を備える構成としたことを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 機関の始動を検出する機関始動検出手段と、
機関冷却水温を検出する冷却水温検出手段と、
機関始動検出時の機関冷却水温に基づいて、機関の排気通路に設けた排気浄化触媒の活性化判定冷却水温を設定する活性化判定水温設定手段と、
機関冷却水温が前記活性化判定水温になるまでは機関に供給される混合気の空燃比を理論空燃比よりリーン化し、前記活性化判定水温に達した後、リーン化された空燃比をリッチ方向に制御する空燃比制御手段と、を備え、
前記空燃比制御手段は、燃料噴射量、機関回転速度、又はスロットル開度に応じてリーン化度合を補正するリーン化度合補正手段を備える構成としたことを特徴とする内燃機関の制御装置。 - 機関の始動直後からの経過時間を計測するタイマ手段を設け、前記空燃比制御手段は、前記タイマ手段の計測時間が予め設定した所定時間を経過した時に空燃比の前記リーン化を開始する構成である請求項１又は２記載の内燃機関の制御装置。
- 前記空燃比制御手段は、リーン化制御に移行した時空燃比を徐々にリーン化し、リッチ化制御に移行した時空燃比を徐々にリッチ方向に制御する構成である請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
- 前記空燃比制御手段は、機関回転速度と機関負荷に基づいて設定される基本燃料噴射量を、機関冷却水温度に基づいて設定される水温増量係数を含む機関運転状態に応じた各種の補正係数で補正して実際の燃料噴射量を設定する燃料噴射量設定手段を備え、前記水温増量係数の係数値を操作して空燃比をリーン化する構成である請求項１〜４のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
- 前記空燃比制御手段は、リーン化制御中に、機関の始動後からの経過時間が予め設定したリーン化限界時間に達した時は、機関冷却水温度に関係なく空燃比をリッチ方向に制御する構成とした請求項１〜５のいずれか１つに記載の内燃機関の制御装置。
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