JP2668940B2

JP2668940B2 - 内燃機関の燃料供給制御装置

Info

Publication number: JP2668940B2
Application number: JP63122523A
Authority: JP
Inventors: 初雄永石
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1988-05-18
Filing date: 1988-05-18
Publication date: 1997-10-27
Anticipated expiration: 2012-10-27
Also published as: JPH01290939A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、自動車等内燃機関の燃料供給制御装置に係
り、詳しくは吸入空気量に基づいて燃料供給量を演算す
る燃料供給制御装置に関する。

（従来の技術）近時、自動車等内燃機関に対する要求が高度化してお
り、有害な排出ガスの低減、高出力、低燃費等の互いに
相反する課題について何れも高レベルでその達成が求め
られる傾向にある。また、このような要求は加速時につ
いても同様であり、加速安定性の精度向上が望まれる。

従来のこの種の燃料供給制御装置では、絞弁上流側に
設けたエアフローメータの出力からエンジンの単位回転
当たりの要求負荷を求め、これから燃料噴射量を演算し
ている。また、過渡時には燃料噴射量を補正すること
で、対処している。

しかしながら、従来の装置では、エアフローメータの
取付位置と噴射弁（インジェクタ）の取り付位置との間
における吸気管の容量、すなわち吸気ボリュウムを考慮
した適切な噴射量演算（特に、壁流補正）が行われてお
らず、過渡時の噴射特性がエンジンの要求特性から遅れ
て運転性能が悪いという問題点があった。

そこで本出願人は、かかる不具合を解決するために先
に燃料供給制御装置（特開昭60−162066号参照）を提案
している。この先願に係る装置では、噴射弁部を流れる
空気量を精度良く求めるためにエアフローメータの出力
を一次遅れで平滑化し、その平滑化した空気量を基に燃
料噴射量（以下、単に平滑噴射量;AvTpという）を算出
している。なお、AvTpはシリンダ空気量相当パルス幅と
して演算されるがその演算方法は後述の実施例と同様で
あり、後に詳述する。

（発明が解決しようとする課題）ところで、このような先願に係る装置にあっては、平
滑噴射量AvTpを用いて燃料噴射を行う構成となっている
ため、AvTpは空燃比の安定化には寄与するものの、平滑
化の精度が必ずしも十分とはいえなかったことから、過
渡時に空燃比が目標値（例えば、λ＝１）から外れてし
まうことがある。また、AvTpは加速の状態によってはエ
アフローメータの応答遅れや脈動誤差の影響（第13図
（Ｂ）参照）を敏感に受けて同図（Ｃ）に示すようにあ
る遅れが生じてしまうことがある。その場合、同図
（Ｄ）に示すように空燃比が一時的にリーン化してリー
ン失火やリーントルク落ち等運転性の悪化が発生するお
それがあった。何れにせよ過渡時に空燃比がλ＝１から
ずれてしまうことで、三元接触の転化率が低下して排気
エミッション特性が悪化してしまう。

（発明の目的）そこで本発明は、基本供給量を平滑化して平滑供給量
を演算するとともに、絞弁開度とエンジンの回転数とか
ら求めた吸入空気量の変化量に基づいて先取り補正量を
演算し、該平滑供給量を該先取り補正量で先取り補正し
て最終供給量を演算することにより、過渡時にエアフロ
ーメータの応答遅れや脈動誤差があっても、燃料供給制
御の精度や応答性を高めて、空燃比のずれをなくし、運
転性や排気エミッション特性を向上させることを目的と
している。

（課題を解決するための手段）本発明による内燃機関の燃料供給制御装置は上記目的
達成のため、エンジンの吸入空気量を検出する吸気量検
出手段ａと、エンジンに燃料を供給する燃料供給手段ｂ
と、エンジン回転数を検出する回転数検出手段ｃと、絞
弁の開度を検出する開度検出手段ｄと、絞弁の開度とエ
ンジン回転数とからエンジンの吸入空気量を演算する空
気量演算手段ｅと、吸気量検出手段により検出されたエ
ンジンの吸入空気量および回転数に基づいて燃料の基本
供給量を演算し、空気量演算手段により演算された吸入
空気量およびエンジン回転数に基づいて基本供給量を補
正し、さらに補正された基本供給量を平滑化して平滑供
給量を演算する平滑供給量演算手段ｆと、空気量演算手
段により演算された吸入空気量の変化量に基づいて、燃
料供給手段から供給された燃料のエンジンの吸気弁への
到達時間分だけ吸気管圧力と比べて位相が進むよう平滑
供給量を補正するための先取り補正量を演算する補正量
演算手段ｇと、平滑供給量演算手段の出力および補正量
演算手段の出力に基づいて、燃料供給手段が供給する燃
料の供給量を演算する供給量演算手段ｈと、を備えてい
る。

（作用）本発明では、基本供給量の平滑化により平滑供給量が
演算されるとともに、絞弁開度とエンジン回転数とから
吸入空気量が演算される。そして、該吸入空気量の変化
量に基づいて先取り補正量が演算され、該先取り補正量
で前記平滑供給量が燃料噴射弁から噴射された燃料がエ
ンジンの吸気弁へ到達する時間分だけ吸気管圧力と比べ
て位相が進むよう補正されて最終供給量が演算される。
したがって、過渡時にエアフローメータの応答遅れや脈
動誤差があっても、燃料供給制御の精度・応答性が向上
し、空燃比のずれがなくなる。その結果、運転性や排気
エミッション特性が向上する。

（実施例）以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第２〜10図は本発明に係る内燃機関の空燃比制御装置
の第１実施例を示す図である。まず、構成を説明する。
第２図は本装置の全体構成を示す図である。第２図にお
いて、１はエンジンであり、吸入空気はエアクリーナ２
から吸気管３を通り、燃料は噴射信号Siに基づきインジ
ェクタ（燃料供給手段）４から噴射される。そして、気
筒内で燃焼した排気は排気管５を通して触媒コンバータ
６に導入され、触媒コンバータ６内で排気中の有害成分
（CO、HC、NOx）を三元触媒により清浄化して排出され
る。

吸入空気の流量Qaはホットワイヤ式のエアフローメー
タ（吸気量検出手段）７により検出され、吸気管３内の
絞弁８によって制御される。なお、エアフローメータ７
のタイプとしては、ホットフイルム式でもよく、要は吸
入空気の流量を測定するものであればよい。したがっ
て、フラップ式のものでもよいが、負圧センサは除かれ
る。

絞弁８の開度TVOは絞弁開度センサ（開度検出手段）
９により検出され、エンジン１の回転数Ｎはクランク角
センサ（回転数検出手段）10により検出される。また、
ウォータジャケットを流れる冷却水の温度Twは水温セン
サ11により検出され、排気中の酸素濃度は酸素センサ
（空燃比検出手段）12により検出される。酸素センサ12
は理論空燃比でその出力Vsが急変する特性をもつもの等
が用いられる。さらに、エンジン１のアイドル状態はア
イドルスイッチ13により検出される。

上記エアフローメータ７、絞弁開度センサ９、クラン
ク角センサ10、および水温センサ11は運転状態検出手段
14を構成しており、運転状態検出手段14、酸素センサ12
およびアイドルスイッチ13からの出力はコントロールユ
ニット20に入力される。

コントロールユニット20は、空気量演算手段、平滑供
給量演算手段、補正量演算手段および供給量演算手段と
しての機能を有し、CPL21、ROM22、RAM23およびI/Oポー
ト24により構成される。CPL21はROM22に書き込まれてい
るプログラムに従ってI/Oポート24より必要とする外部
データを取り込んだり、またRAM23との間でデータの授
受を行ったりしながら平滑吸気量や空燃比制御に必要な
処理値を演算処理し、必要に応じて処理したデータをI/
Oポート24へ出力する。I/Oポート24にはセンサ群７、
９、10、11、12、13からの信号が入力されるとともに、
I/Oポート24からは噴射信号Siが出力される。ROM22はCP
L21における演算プログラムを格納しており、RAM23は演
算に使用するデータマップ等の形で記憶している。

次に、使用を説明する。

本実施例のメインプログラムは第５図のように示され
るが、このメインプログラムにおいて演算されるTHSTP
はサブルーチンで演算される。説明の都合上、最初にTH
STPを求めるサブルーチンから述べる。

第３図は先取り補正パルス幅THSTPを求めるサブルー
チンである。

まず、P₁でα−Ｎ流量Qhoに基づいて第４図に示すテ
ーブルマップから先取り補正パルス幅テーブル値TTHSTP
をルックアップし、P₂で次式に従って所定時間（例え
ば10ms）毎の差（変化量）Ａを演算する。なお、α−Ｎ
流量とは絞弁開度TVOとエンジン回転数Ｎから空気流量
を求めるものであり、既に公知のものである。

Ａ＝TTHSTP−旧TTHSTP …… 次いで、P₃で変化量Ａの絶対値を所定の補正判定レベ
ルLADTP＃と比較し、|A|＞LADTP＃のときは所定の過渡
時であると判断してP₄で変化量Ａの正負を判別する。Ａ
≧０のときは加速時であると判断してP₅で変化量Ａを先
取り補正パルス幅THSTPとして（THSTP＝Ａとして）P₈に
進み、Ａ＜０のときは変化量が負（すなわち、減速時）
であると判断して次式に従ってTHSTPを演算する。

THSTP＝Ａ×ADTPG＃ …… 但し、ADTPG＃：減速修正率一方、P₃で|A|≦LADTP＃のときはエンジンが緩加速か
定常状態にあり過渡時ではないと判断して変動対策のた
めP₇でTHSTP＝０としてP₈に進む。P₈では今回ルックア
ップしたTTHSTPを所定のメモリにストアして本ルーチン
を終了する。

第５図は噴射弁部流量相当パルス幅（平滑噴射量）Av
Tpを演算するプログラムを示すフローチャートであり、
本プログラムは、例えば10ms毎に一度実行される。ま
ず、P₁₁で次式に従って平滑前基本パルス幅Tpoを演算
し、Tpoを次式に従ってフラットA/F修正して基本パル
ス幅Tpを演算する。

但し、K:定数 Tp＝Tpo×Kflat …… 式において、KflatはフラットA/F補正係数であり、
エンジン回転数Ｎとα−Ｎ流量Qho（従来例ではTpo）と
により割付けられたマップから補間計算付で求める。す
なわち、H/W（ホットワイヤエアフローメータ）出力の
脈動誤差はシリンダへの体積流量依存度が高く、大気圧
変化や吸気温変化等の影響を受け易い。そこで、本実施
例ではα−Ｎ流量Qhoと回転数Ｎとにより割付けられたK
flatでTpoを補正して、第６図（Ｂ）実線に示すように
脈動誤差を低減させている。次いで、P₁₂でWOT（Wide o
pen throtle:全速開）時のパルス幅変更を減少させるた
め、1/2^ND入れ換え加重平均によってTpの脈動を平滑化
してフラットA/F修正基本パルス幅TrTpを求める。ここ
で、NDは脈動平滑指数であり、第６図（Ｃ）に示すよう
に運転状態に応じてWOT用（ND＝３）、定常（あるいは
アイドル）用（ND＝１）、過渡用（ND＝０）との３段階
にそれぞれ切換られる。したがって、過渡時にあっては
加重平均が行われず、Tpがそのまま用いられて応答性が
確保され、また、WOT時には適切な加重平均によってパ
ルス幅の脈動が平滑化される。次いで、P₁₃で絞弁開度T
VOとエンジン回転数Ｎとからα−Ｎ流量Qhoを演算（第
６図（Ｄ）参照）し、P₁₄で第３図に示したサブルーチ
ンにより先取り補正パルス幅THSTPを演算する（第６図
（Ｅ）ハッチング部分参照）。このTHSTPは絞弁８の変
化を先取りして噴射量を応答性良く補正する項である。
次いで、P₁₅で次式に従って噴射弁部空気量相当パル
ス幅AvTpを演算する。

AvTp＝TrTp×Fload＋AvTp_-10ms ×（１−Fload）＋THSTP …… 但し、AvTp_-10ms:前回のAvTp 式において、Floadは加重平均係数であり、Fload＝
Tfload＋K2D（減速のみ）によって与えられる。Tfload
は吸気ボリュウムのみの関数とするため、絞弁８によっ
て決まる流量面積AAと（回転数×排気量）NMVとから第
７図に示すマップにより求める。したがって、式の第
１項および２項はエアフローメータ７の出力を脈動修正
した値に基づいて演算されたフラットA/F修正基本パル
ス幅TrTpについて、Floadを用いて加重平均した値、言
い換えればTrTpの一次遅れを計算により（ソフトによ
り）算出する部分に相当する。また、式の第３項は絞
弁開度TVOによる先取り補正の部分であり、この部分は
先願には無く、本実施例で初めて開示するものである。
次いで、P₁₆でAvTpをAvTp最大制限値Tpmaxに制限して今
回のルーチンを終了する。Tpmaxは回転数Ｎにより割付
けられたマップから補間計算付で求めたテーブル値Ttpm
axに空気密度学習係数Adenstを乗算後、ゆとり分YUTORI
＃を加えて求める。また、AdenstはWOT時TpとテーブルT
pmax値の比率とする。この場合Tpmaxは次式で示され
る。

Tpmax＝WOT時Tp＋YUTORI＃ …… このようなTpの平滑化やTHSTPを加えた効果は第６図
のように示される。第６図において、あるタイミングで
加速した場合、絞弁開度の変化にやや遅れて基本パルス
幅Tpo、Tpが変化し、Tpo、Tpを修正した波形はフラット
A/F修正基本パルス幅TrTpとして同図（Ｃ）のように変
化する。一方、α−Ｎ流量Qhoは絞弁８の開き具合に応
じて同図（Ｄ）に示すようにステップ的に変化してお
り、この開度変化量により遅れ修正パルス幅THSTPが演
算される。また、噴射弁部流量相当パルス幅（平滑噴射
量）AvTpはTrTpの一次遅れで与えられ、THSTPなしの従
来の位相制御の場合は図中の一点鎖線で示す変化とな
り、応答性に欠ける。このとき、吸入負圧は破線で示さ
れ、噴射弁部（インジェクタ４部）の空気流量に略等し
いが、これとて絞弁８の開度変化に遅れなく追随できる
ものではない。また、吸気ボリュウムにより吸気管３の
壁面への燃料付着量にも影響を与える。

これに対して、本実施例のAvTpは図中実線で示すよう
に、THSTPなる補正項がα−Ｎの先取り補正（10msの先
取り補正）として加えられているから、極めて応答性が
良く、実際の空気流量変化にマッチしたものとなる。な
お、高地の例も図示している。

ところで、本実施例では先取り補正として前記吸入負
圧（吸気管内圧）よりも位相が10ms先をいく先取り補正
量としているが、勿論これに限定されず、吸気弁−噴射
弁間の距離により適当な値が設定される。例えば、第８
図（Ａ）に示すような吸気弁と噴射弁の場合、両者の間
の距離をｌとすると、一般的なEGiエンジンでは噴霧到
達時間（噴射弁噴射遅れ）は第８図（Ｂ）のように示さ
れる。したがって、この噴霧到達時間を考慮して吸入力
負圧に比べ５〜15ms先をいく波形による信号によって先
取り補正を行うようにすれば噴霧の到達遅れによる空燃
比の変動をなくすことができる。

第９図は最終噴射量Tiを演算するプログラムを示すフ
ローチャートであり、本プログラムは、例えば10ms毎に
一度実行される。P₂₁で次式に従って最終噴射量Tiを
演算して本ルーチンを終了する。

Ti＝（AvTp＋Kathos）×Tfbya×α＋Ts …… 但し、 Kathos:壁流補正パルス幅（過渡補正量） Tfbya:目標燃空比 α：空燃比フィードバック補正係数 Ts:無効パルス幅（電圧補正分）ここで、Kathosは吸気系への燃料付着、浮遊燃料等の
影響によるシリンダ流入燃料の遅れに相当する遅れ補正
量であり、正負の値を有し、燃料の付着速度Vmf（ms）
と補正率Ghf（％）の関数で与えられる。αは酸素セン
サ12の出力に基づく空燃比のλ制御補正係数であり、Ts
は基本燃料噴射量を補正する各補正係数であるが本発明
と関係が薄いので詳しい説明は省略する。そして、最終
噴射量TiをI/Oポート24の出力レジスタに所定のデュー
ティ値を有する電圧パルス幅としてストアして、所定ク
ランク角度でこのTiに対応する噴射信号Siをインジェク
タ４に出力する。

以上のように、本実施例では、基本パルス幅の平滑化
が高精度で応答性よく行われるとともに、α−Ｎ流量Qh
oに基づく先取り補正THSTPによって噴射弁部流量相当パ
ルス幅AvTpが適切に補正される。したがって、第10図
（Ａ）に示すような急加速時でも同図（Ｂ）実線に示す
ように吸入負圧（≒噴射弁部流量）よりも10ms先をいく
先取り補正が行われて噴射弁の遅れや噴霧の送れ分の悪
影響が排除される。その結果、同図（Ｃ）に示すように
空燃比のフラット性が高まり、運転性や排気エミッショ
ン特性を大幅に向上させることができる。

第11、12図は本発明の第２実施例を示す図であり、本
実施例におけるハード的構成は第１実施例と同一である
ためその説明を省略する。本実施例はTpmax制限後AvTp
を求める例である。

第11図はAvTpを演算するプログラムを示すフローチャ
ートであり、第１実施例の第５図のプログラムと同一処
理を行うステップには同一番号を付してその説明を省略
し、異なるステップには○印で囲むステップ番号を付し
てその内容を説明する。

第11図のプログラムにおいて、まず、P₃₁でエアフロ
ーメータ７の出力を読み込んで吸入空気量Qaを求め、P
₃₂で平滑前基本パルス幅Tpoを演算する。次いで、P₁₂を
経るとP₃₃でTrTpを所定の最大リミット値Tpmaxと比較
し、TrTp＞TpmaxのときはP₃₄でTrTpをTpmaxに制限してP
₁₄に進み、TrTp≦TpmaxのときはP₃₄をジャンプしてP₁₄
に進む。P₁₄を経るとP₁₅で前記第式に従ってAvTpを演
算する。

式において、Floadは加重平均係数であり、第12図
に示すテーブルマップから求められる。

したがって、本実施例では第１実施例と同様の効果を
得ることができる。

（効果）本発明によれば、基本供給量を平滑化して平滑供給量
を演算するとともに、絞弁開度とエンジン回転数とから
求めた空気流量の変化量に基づいて先取り補正量を演算
し、該平滑供給量を該先取り補正量で燃料噴射弁から噴
射された燃料がエンジンの吸気弁へ到達する時間分だけ
吸気管圧力と比べて位相が進むよう補正して最終供給量
を演算するようにしているので、過渡時にエアフローメ
ータの応答遅れや脈動誤差があっても、供給燃料の精度
や応答性を高めることができ、空燃比のずれをなくして
運転性が排気エミッション特性を向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本概念図、第２〜10図は本発明に係
る内燃機関の燃料供給制御装置の第１実施例を示す図で
あり、第２図はその全体構成図、第３図はその先取り補
正パルス幅THSTPを演算するサブルーチンを示すフロー
チャート、第４図はその先取り補正パルス幅テーブル値
TTHSTPを示すテーブルマップ、第５図はその噴射弁部流
量相当パルス幅AvTpを演算するメインプログラムを示す
フローチャート、第６図はその作用を説明するためのタ
イミングチャート、第７図はその加重平均係数Floadを
示すテーブルマップ、第８図はその噴霧到達時間を説明
するための図、第９図はその最終噴射量Tiを演算するプ
ログラムを示すフローチャート、第10図はその効果を説
明するためのタイミングチャート、第11、12図は本発明
に係る内燃機関の燃料供給制御装置の第２実施例を示す
図であり、第11図はその噴射弁部流量相当パルス幅AvTp
を演算するプログラムを示すフローチャート、第12図は
その加重平均係数Floadを示すテーブルマップ、第13図
は従来の内燃機関の燃料供給制御装置を示すその問題点
を説明するためのタイミングチャートである。１……エンジン、３……吸気管、 3b……吸気弁、４……インジェクタ（燃料供給手段）、７……エアフローメータ（吸気量検出手段）、８……絞弁、９……絞弁開度センサ（開度検出手段）、 10……クランク角センサ（回転数検出手段）、 20……コントロールユニット（空気量演算手段、平滑供
給量演算手段、補正量演算手段、供給量演算手段）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平１−216041（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−289237（ＪＰ，Ａ) 特開平１−285640（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−206241（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−258137（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−206243（ＪＰ，Ａ) 実開昭62−184145（ＪＰ，Ｕ) 実開昭64−56538（ＪＰ，Ｕ) 実開昭64−25443（ＪＰ，Ｕ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ａ）エンジンの吸入空気量を検出する吸気
量検出手段と、ｂ）エンジンに燃料を供給する燃料供給手段と、ｃ）エンジン回転数を検出する回転数検出手段と、ｄ）絞弁の開度を検出する開度検出手段と、ｅ）絞弁の開度とエンジン回転数とからエンジンの吸入
空気量を演算する空気量演算手段と、ｆ）吸気量検出手段により検出されたエンジンの吸入空
気量および回転数に基づいて燃料の基本供給量を演算
し、空気量演算手段により演算された吸入空気量および
エンジン回転数に基づいて基本供給量を補正し、さらに
補正された基本供給量を平滑化して平滑供給量を演算す
る平滑供給量演算手段と、ｇ）空気量演算手段により演算された吸入空気量の変化
量に基づいて、燃料供給手段から供給された燃料のエン
ジンの吸気弁への到達時間分だけ吸気管圧力と比べて位
相が進むよう平滑供給量を補正するための先取り補正量
を演算する補正量演算手段と、ｈ）平滑供給量演算手段の出力および補正量演算手段の
出力に基づいて、燃料供給手段が供給する燃料の供給量
を演算する供給量演算手段と、を備えたことを特徴とす
る内燃機関の燃料供給制御装置。