JP3105230B2 - 内燃エンジンの燃料供給制御装置 - Google Patents

内燃エンジンの燃料供給制御装置

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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、内燃エンジンの燃料供給制御装置に関し、
特に大気圧の影響を受けずにスピードデンシティ方式に
より燃料供給量を正確に決定するようにした内燃エンジ
ンの燃料供給制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、内燃エンジンの燃料供給量を決定する方式とし
て、吸気管内圧力とエンジン回転数とに基づいて基本燃
料量を算出する、いわゆるスピードデンシティ方式があ
る。
【0003】 この方式は、図5に示すように、エンジン回転数を一
定とした場合、吸気管内圧力(負圧)PBとエンジンの充
填効率ηυとの関係が比例関係にあることを利用したも
のであり、あらかじめ記憶手段に記憶されたマップより
吸気管内圧力とエンジン回転数とに応じた燃料の基本量
を検索し、それに応じてエンジンへの燃料供給を行うも
のである。
【0004】 図5のPB−ηυ特性は、図6に示す通常タイプのエン
ジン、即ち、各気筒51〜54と接続された吸気管51a〜54a
の集合部55の上流に、スロットル弁56が一つだけ設けら
れたエンジンにおいて得られる特性である。この従来の
エンジンでは、絞り57を介して集合部55に連通した圧力
センサ58によって、吸気管(集合管)内絶対圧PBを検出
している。
【0005】 スロットル弁56の下流側集合部の内部は、大きい容積
のチャンバを有するサージタンクを成しており、従って
その内部の圧力PBの脈動変化は小さい。このため、エン
ジン回転数や空燃比を一定とすれば、充填効率ηυ(∝
基本燃料量)は集合管内圧力PBに略比例した状態に保
たれる。また、大気圧PAが変化した場合(例えば高地で
の運転時)でもスロットル弁全開時(WOT)の圧力PB
大気圧PAの低下により低くなる(PB≒PA)だけで、WOT
時はもとより、その他の運転状態でも充填効率ηυと吸
気管内圧力PBとの比例関係は保たれたままである。従っ
て、かかる通常タイプのエンジンには上述のスピードデ
ンシティ方式を適用することが出来、また、大気圧PA
変化があっても、それによる排気圧の変化(例えば内部
排気還流(EGR)量の変化)による影響を無視すれば、
大気圧PAの変化による充填効率ηυの変化は無く、従っ
て大気圧PAによる燃料基本量の補正の必要はない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、スピードデンシティ方式による燃料算
出方法を例えば図7に示すような多連スロットル式のエ
ンジンに適用した場合、次のような問題がある。かかる
多連スロットル式エンジンにおける吸気管内圧力の検出
方法の場合、充填効率ηυと吸気管内圧力PBとの関係
は、上記図5のような比例関係にはならず、図8の実線
で示すように通常タイプのエンジンの場合(破線)に比
して同一PB値に対してηυが低くなる特性を示すこと
が、実験により確認されている。
【0007】 多連スロットル式エンジンは、各気筒71〜74の吸気管
71a〜74aの上流部で且つ集合部75下流側に、夫々スロッ
トル弁71b〜74bが設けられている。各吸気管71a〜74a内
の圧力は、各吸気管71a〜74a内の圧力を絞り71c〜74cを
夫々介して取込み、取込んだ圧力をパイプ76で集合して
圧力センサ77に伝達してこれを検出することにより求め
られる。このように圧力センサ77は各吸気管内圧力の平
均的な値を検出し、この検出値をもって吸気管内絶対圧
PBAとしている。
【0008】 ところで、多連スロットル式エンジンに上記の方式を
採用した場合、圧力センサ77に伝わる圧力は吸入行程中
の気筒と吸入行程以外の気筒の合成負圧になるが、吸入
行程以外の気筒の圧力が大気圧近くになるために合成圧
としては通常のタイプのエンジンに比べ大気圧側にずれ
た値となる。従って図8に示すように、通常タイプのエ
ンジンに比して同一の吸気管内圧力PBに対する空気の充
填効率ηυは低くなるのである。但し、スロットル弁が
全開のとき(WOT)は、吸気管には空気が絞られずに充
分な流量で供給されるので、充填効率ηυは通常タイプ
のエンジンと同一値になる。
【0009】 上記の図8の特性に沿って従来のスピードデンシティ
方式により吸気管内絶対圧PBA及びエンジン回転数Neに
基づいて基本燃料量Tiを算出するためのマップを作成
し、これを多連スロットル式エンジンに適用した場合は
下記の不具合を生じる。
【0010】 例えば、吸気管内絶対圧PBA対基本噴射量Tiのマップ
を作成すると、図9のように、大気圧PAに応じて多数の
特性が必要となる。従って、データの記憶量が多くな
り、コスト高となってしまう。
【0011】 しかし、コストを低減するため、従来のように大気圧
PA=760mmHgとして、吸気管内絶対圧PBAに基づいて基本
噴射量を算出すると、大気圧PAが低下した場合にはスロ
ットル弁全開(WOT)以外の運転領域では吸気管内絶対
圧PBAと要求燃料量との比例関係が成立せず、図9のよ
うに複雑な関係になるので、正確な燃料噴量を算出する
ことができない。
【0012】 本発明は、上記事情に鑑みて試されたものであり、多
連スロットル式内燃エンジンのように、吸気管内圧力セ
ンサの出力値に対する空気の充填効率が通常タイプの内
燃エンジンより低くなるような内燃エンジンにおいて、
大気圧の変化に拘わらず、少ない記憶量で正確且つ簡単
に燃料供給量を算出することのできる内燃エンジンの燃
料供給制御装置を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明に係る内燃エンジン
の燃料供給制御装置は、内燃エンジンの吸気管内絶対圧
を検出する吸気管内絶対圧検出手段と、大気圧を検出す
る大気圧検出手段と、エンジン回転数を検出するエンジ
ン回転数検出手段と、前記大気圧と前記吸気管内絶対圧
との差圧を演算する差圧演算手段と、この差圧演算手段
により演算された差圧と前記エンジン回転数とに応じて
基本燃料量を算出する基本燃料量算出手段と、前記差圧
と前記大気圧とに基づいて燃料補正値を算出する補正値
算出手段と、前記基本燃料量を前記燃料補正値に応じて
補正することにより燃料供給量を算出する燃料供給量算
出手段とを備えた内燃エンジンの燃料供給制御装置にお
いて、前記補正値算出手段は、前記内燃エンジンの複数
の負荷状態毎に前記差圧と前記大気圧とに基づく前記燃
料補正値を示す差圧特性ラインを記憶した記憶手段を有
していることを特徴としている。
【0014】
【作用】
上記構成によれば、記憶手段に記憶されている差圧特
性ラインに基づいてエンジンの負荷状態に応じた燃料補
正値が正確且つ簡単に算出される。
【0015】
【実施例】
以下、図面に基づいて本発明の実施例を詳説する。
【0016】 図1は、本発明の一実施例に係る内燃エンジンの燃料
供給制御装置の全体構成図である。
【0017】 図中、1は多連スロットル式内燃エンジンであり、各
気筒の吸気管2の上流には、夫々スロットルボディ3が
設けられ、その内部にはスロットル弁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。
【0018】 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の開弁時間が制御され
る。
【0019】 各吸気管2のスロットル弁3′の直ぐ下流には、絞り
7aを有する管7が分岐し、この管7は他の吸気管2の管
7とも接続するパイプ14に接続され、該パイプ14の一端
には吸気管内絶対圧(PBA)センサ8が接続されてお
り、各吸気管2内の絶対圧PBAは管7を介して取込ま
れ、パイプ14で集合され、この絶対圧センサ8に伝達さ
れ、該センサにより電気信号に変換される。この変換さ
れた各吸気管2の平均絶対圧PBAを示す絶対圧(PBA)信
号は前記ECU5に供給される。
【0020】 一方、エンジン1の図示しないクランク軸の周囲に
は、エンジン回転数(Ne)センサ9が取付けられてい
る。エンジン回転数センサ9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、即ち各気
筒の吸気行程開始時の上死点(TDC)に関し所定クラン
ク角度前のクランク角度位置で信号パルス(以下「TDC
信号パルス」という)を出力する。このTDC信号パルス
は、ECU5に供給される。又、ECU5は、大気圧(PA)セン
サ10が電気的に接続されており、検出大気圧(PA)信号
が供給される。
【0021】 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
演算処理装置(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。
【0022】 CPU5bは上述の各センサ及び他の図示しないセンサか
らの各種エンジンパラメータ信号に基づいて、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)に基づいて前記TDC信号に同期する
燃料噴射弁6の燃料噴射時間TOUTを演算する。尚、この
燃料噴射時間TOUTの演算は、後述するプログラムに基づ
いて行われる。
【0023】 TOUT=Ti×KPA×K1+K2 ……(1) ここに、Tiは燃料噴射弁6の噴射時間TOUTの基本噴射
量であり、エンジン回転数Ne、及び大気圧PAと吸気管内
絶対圧PBAとの差圧(PA−PBA)に応じて設定された図示
しないTiマップから読み出される。KPAは本発明に係る
大気圧PAと差圧(PA−PBA)に応じて決まる補正係数で
あり、後述するKPAマップより読み出される。
【0024】 K1、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所定値に決定される。
【0025】 CPU5bは上述のようにして求めた燃料噴射時間TOUT
基づいて燃料噴射弁6を開弁させる駆動信号を出力回路
5dを介して燃料噴射弁6に供給する。
【0026】 尚、本実施例においてECU5は、差圧演算手段、基本燃
料量算出手段、補正値算出手段及び燃料供給量算出手段
を構成する。
【0027】 次に、本発明に係る燃料供給量の算出方法について説
明する。
【0028】 図8の充填効率ηυと吸気管内絶対圧PBAとの関係に
基づいて、図3に示すように、横軸に、大気圧PAと吸気
管内絶対圧PBAとの差圧をとる。すると、PA−PBA=0の
点で、全ての特性を揃えることができる。PA−PBA
0、即ちスロットル弁全開時は、絶対圧PBAと基本噴射
量Tiとの関係は、通常のエンジン同様に比例関係にな
る。従って、図3のように、例えばPA=650mmHgのとき
のスロットル弁全開時の基本噴射量TiBを求めるために
は、PA=760mmHgのときのスロットル弁全開時の基本噴
射量TiAを予め求めておけばよい。即ち、次式(2)に
よっていかなる大気圧のときでもスロットル弁全開時の
正確な燃料噴射量を求めることができる。
【0029】 (TiB/TiA)=(PA/760) ∴TiB=TiA×(PA/760) ……(2) このことは、以下のことからも説明できる。
【0030】 スロットル弁全開時は、スロットル部の開口面積Aは
一定となり、エンジン回転数が一定であれば、空気の流
速υも一定である。したがって、空気流量Q=Aυも一
定となる。
【0031】 更に、空気重量G=Q×ρ(ρは空気密度) ……(3) また、ρ=ρ×(PA/760)×273/(273+t) ……(4) [ρは標準状態での空気密度、tは吸気温度] 式(4)において、吸気温度tの影響を無視すれば、 ρ≒ρ×(PA/760) ……(5) 式(5)を式(3)に代入すれば、 G≒Q×ρ×(PA/760) ……(6) となる。よって空気重量Gは(PA/760)に比例すること
がわかる。ここで、空燃比が一定であれば、必要燃料噴
射量も(PA/760)に比例することになり、このことから
も式(2)が正しいことが理解できる。
【0032】 このように、スロットル弁全開時であれば、大気圧が
変化しても上述の式(2)より、簡単に且つ正確に燃料
の噴射量Tiを算出することができる。しかし、このスロ
ットル弁全開時以外では、スロットル部の開口面積Aが
一定でなくなるため上記式(2)は適用できず、このた
め燃料噴射量を正確に算出できない。
【0033】 例えば、アイドル時の場合を考えると、大気圧PAが低
下すると差圧(PA−PBA)は小さくなるために、同一吸
入空気量に対して図3から燃料基本噴射量Tiはより大き
い値に設定されてしまい、従って大気圧が低下すると、
スロットル弁全開時に比して、空燃比が濃くなる傾向に
なる。
【0034】 従って、本発明では、差圧(PA−PBA)をPGとして算
出し、その差圧PGに応じてPGの複数の差圧特性ラインP
GNのいずれかを選択し、検出大気圧PAに応じてこの選択
されたラインPGN上にある補正値を大気圧補正係数KPA
して求めるものである。
【0035】 即ち、図4のマップに示すように、上記差圧特性ライ
ンPGNとして、エンジン1の負荷状態に応じて夫々WOT、
パーシャル負荷、アイドルに対応する3つの差圧特性ラ
インPG0〜PG2が一例として示されており、これらの差圧
特性ラインは差圧PGが夫々の所定値を採るときに選択さ
れる。差圧PGがこれらの所定値間の値を採るときは補間
計算によって適当なラインが決定される。図4のマップ
例では、大気圧が760mmHg〜600mmHgの間にあるときは、
各ラインPG0〜PG2は補正係数KPAの値が小さくなる方向
に傾斜している。これは、差圧PG(=PA−PBA)が同じ
値であっても、大気圧PAが低ければ、吸入空気量が少な
くなるため、燃料量もそれに応じて減らす必要があるか
らである。
【0036】 又、大気圧が600mmHg未満のときは、差圧特性ラインP
G0〜PG2は、補正係数KPA値0.8、0.7、0.6に夫々固定さ
れる。又、差圧特性ラインPGNの数値Nが大きくなるほ
ど、即ち大気圧PAと吸気管内絶対圧PBAとの差圧が大き
いラインほど、KPAの値が小さくなるように設定されて
いる。これは、差圧PGが大きくなるほど吸入空気量が減
少しやすくなるため、燃料量もそれに応じて減らす必要
があるからである。検出大気圧PAが該当する差圧特性ラ
インPGN上の値が補正係数KPAとして読み出される。
【0037】 このようにして求めた大気圧補正係数KPAは、前記式
(1)に基づいて、後述するように、差圧PG及びエンジ
ン回転数Neに応じてTiマップから読出された基本燃料噴
射量Tiに乗算される。
【0038】 次に、図2のプログラムフローチャートに基づき、燃
料噴射量TOUTを算出する手順を述べる。尚、このプログ
ラムは、TDC信号パルスの発生毎にこれに同期して実行
される。
【0039】 まず、ステップS1で、吸気管内絶対圧PBA、大気圧
PA、及びエンジン回転数Neが検出されると、ステップS2
で大気圧PAと吸気管内絶対圧PBAとの差圧PG(=PA
PBA)を算出する。ステップS3では、この差圧PGとエン
ジン回転数Neとに基づいて、基本噴射量TiをTiマップよ
り検索する。このTiマップは例えば前述した図3におけ
るPA=760mmHgの特性に基づいて作成される。
【0040】 次いで、ステップS4で、差圧PGの値に基づいて補正値
KPAを求めるべく、図4のマップに従って、PGのラインP
GNを設定する。ステップS5では、この設定したラインP
GNと、大気圧PAとに基づいて、図4のマップにより補正
係数KPAを読出す。
【0041】 欺くして、燃料の基本噴射量Ti及びその補正係数KPA
の検索を行った後、ステップS6にて、前記式(1)に従
って、Tiを大気圧補正係数KPA及び他の補正係数K1、補
正係数K2で補正して、燃料噴射量TOUTを算出し、本プロ
グラムを終了する。
【0042】 このように本実施例では、大気圧PAが760mmHgのとき
を基準にしたTiマップに基づいて、大気圧PAと吸気管内
絶対圧PBAとの差圧PGと、エンジン回転数Neとに応じた
基本噴射量Tiを検索し、そのTi値を差圧PGと大気圧PA
に基づいて検索した補正値KPAによって補正するように
したので、少ない記憶量で、かつ正確に燃料噴射量TOUT
の算出を行うことができる。
【0043】 尚、本実施例では、かかる手法を、多連スロットル式
内燃エンジンに適用したが、これに限られず、スロット
ル弁が一つのみ設けられた通常タイプタイプの内燃エン
ジンであっても、吸気管の集合部容積の小さい内燃エン
ジンや、吸気弁と排気弁とのバルブオーバラップの大き
い内燃エンジンにおいても適用することができる。
【0044】
【発明の効果】
上述したように本発明に係る内燃エンジンの燃料供給
制御装置は、内燃エンジンの吸気管内絶対圧を検出する
吸気管内絶対圧検出手段と、大気圧を検出する大気圧検
出手段と、エンジン回転数を検出するエンジン回転数検
出手段と、前記大気圧と前記吸気管内絶対圧との差圧を
演算する差圧演算手段と、この差圧演算手段により演算
された差圧と前記エンジン回転数とに応じて基本燃料量
を算出する基本燃料量算出手段と、前記差圧と前記大気
圧とに基づいて燃料補正値を算出する補正値算出手段
と、前記基本燃料量を前記燃料補正値に応じて補正する
ことにより燃料供給量を算出する燃料供給量算出手段と
を備えた内燃エンジンの燃料供給制御装置において、前
記補正値算出手段は、前記内燃エンジンの複数の負荷状
態毎に前記差圧と前記大気圧とに基づく前記燃料補正値
を示す差圧特性ラインを記憶した記憶手段を有している
ので、各大気圧に対応した多数の特性を記憶する必要が
なく、したがって少ない記憶量でもって大気圧の変動の
有無に拘わらず常に正確な燃料供給量の算出を行うこと
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例に係る燃料供給制御装置の全体構成図
である。
【図2】 燃料噴射量を算出するためのプログラムを示すフローチ
ャートである。
【図3】 多連スロットル式内燃エンジンに適用される大気圧PA
差圧PA−PBA、及び基本噴射量Ti間の関係を示す図であ
る。
【図4】 差圧PGと大気圧PAとに基づく補正係数KPAの算出マップ
を示す図である。
【図5】 通常タイプの内燃エンジンにおける吸気管内絶対圧PBA
と空気の充填効率ηυとの関係を示す図である。
【図6】 通常タイプの内燃エンジンの概略を示した構成図であ
る。
【図7】 多連スロットル式内燃エンジンの概略を示した構成図で
ある。
【図8】 多連スロットル式内燃エンジンにおける吸気管内絶対圧
PBAと空気の充填効率ηυとの関係を示す図である。
【図9】 多連スロットル式内燃エンジンにおける大気圧PAと吸気
管内絶対圧PBAとに応じた基本噴射量Tiの算出マップで
ある。
【符号の説明】
1……内燃エンジン 5……ECU(差圧演算手段、基本燃料量算出手段、補正
値算出手段、燃料供給量算出手段) 8……吸気管内絶対圧センサ(吸気管内絶対圧検出手
段) 9……エンジン回転数センサ(エンジン回転数検出手
段) 10……大気圧センサ(大気圧検出手段)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−83832(JP,A) 特開 昭58−85337(JP,A) 特開 昭64−29650(JP,A) 特開 昭58−101235(JP,A) 特開 昭58−211535(JP,A) 特開 昭62−170743(JP,A) 実開 昭60−78955(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02D 41/00 - 45/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】内燃エンジンの吸気管内絶対圧を検出する
    吸気管内絶対圧検出手段と、大気圧を検出する大気圧検
    出手段と、エンジン回転数を検出するエンジン回転数検
    出手段と、前記大気圧と前記吸気管内絶対圧との差圧を
    演算する差圧演算手段と、この差圧演算手段により演算
    された差圧と前記エンジン回転数とに応じて基本燃料量
    を算出する基本燃料量算出手段と、前記差圧と前記大気
    圧とに基づいて燃料補正値を算出する補正値算出手段
    と、前記基本燃料量を前記燃料補正値に応じて補正する
    ことにより燃料供給量を算出する燃料供給量算出手段と
    を備えた内燃エンジンの燃料供給制御装置において、 前記補正値算出手段は、前記内燃エンジンの複数の負荷
    状態毎に前記差圧と前記大気圧とに基づく前記燃料補正
    値を示す差圧特性ラインを記憶した記憶手段を有してい
    ることを特徴とする内燃エンジンの燃料供給制御装置。
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