JP3621731B2 - エンジンの空燃比制御方法 - Google Patents

エンジンの空燃比制御方法 Download PDF

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  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、過渡時の燃料付着量を補填する燃料追加質量を、筒内に実際に吸入される燃料質量に加算して、燃料噴射の際に必要な燃料噴射質量を求めるエンジンの空燃比制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、インジェクタから噴射された燃料は、その全てが筒内に吸込まれることはなく、一部は吸気ポート内壁等に付着して燃料液膜となる。定常的には燃料付着率が一定であれば、インジェクタからの燃料噴射量と筒内に吸込まれる燃料量とはほぼ一致するが、過渡的にはインジェクタからの噴射量が急増しても、燃料付着量が相対的に増加する分、筒内へ吸入される燃料量は要求燃料量よりも少なくなる。そのため、筒内混合気の空燃比が一時的にリーン化し、上記吸気ポート内壁等に付着した燃料は、ある遅れを有して筒内に吸込まれるため、筒内への吸入燃料量はゆっくりと増加することになる。
【0003】
従って、エンジンの空燃比制御では、このような過渡的な空燃比のリーン化を防止し、安定した出力を得るために上記燃料付着量分を補填するフィードフォワード制御が必要となる。
【0004】
例えば、特開平5−18289号公報では、理論的な燃料付着モデルに基づき、まず、1回転当りの吸入空気量Q/Nとエンジン回転数Neとによりマップを参照して暖機完了後の飽和状態の壁面付着量QMWを補間計算し、前回求めた壁面付着量QMWとの差分から、変化量ΔQMWを算出し、この変化量ΔQMWを、即時に変化する即時補正と、徐々に変化するテーリング補正とで補正して、壁面付着補正量FMWを求め、この壁面付着補正量FMWを、吸入空気量Qとエンジン回転数Neとに基づいて求めた基本燃料噴射量TAUPに加算し、必要な補正項で補正して、インジェクタからの噴射量TAUを算出している。
【0005】
上記変化量ΔQMWを、即時補正とテーリング補正とに分けて補正しているのは、過渡的な上記壁面付着量QMWは、計算上は瞬時に変化するが、実際には徐々に変化するためである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、一般的には、理論的な燃料付着モデルから壁面付着補正量FMWを求める場合が多いが、吸入空気量Qを計測する吸入空気量センサ自体の応答遅れや、ノイズの影響等で壁面付着量QMWの検出性能にばらつきが生じ易く、充分な信頼性が得られない。
【0007】
また、古くはスロットル弁の開度変化から過渡的な付着補正を試みる、いわゆる三角増量法がある。この方式は、スロットル弁の開度変化に基づくため応答性は良いが、燃料付着による遅れを三角形で近似的に求めているため、空燃比が部分的にリーン化したり、リッチ化したりし易く、空燃比制御精度に問題がある。
【0008】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、応答遅れや、ノイズの影響を受けること無く、高精度の付着補正量を求めることができて、信頼性の高い過渡補正を行うことのできるエンジンの空燃比制御方法を提供することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明は、筒内への1吸気行程当りの吸入空気質量を基本として目標空燃比に対応する筒内への1吸気行程当りの吸入燃料質量を設定するエンジンの空燃比制御方法において、スロットル開度とエンジン回転数とに基づき静的な筒内吸入空気質量に相当する静的指標値を設定し、上記静的指標値に吸気チャンバによる遅れを想定した一次遅れ処理を施して動的な筒内吸入空気質量に相当する動的指標値を設定し、更に上記動的指標値を加重平均して燃料付着による遅れ指標値を算出し、上記動的指標値から上記遅れ指標値を減算して、この差分に基づいて燃料追加質量を設定し、上記燃料追加質量を上記吸入燃料質量に加算して1サイクル当りの燃料噴射量を設定することを特徴とする。
【0010】
【作用】
本発明は、スロットル開度とエンジン回転数とに基づき静的な筒内吸入空気質量に相当する静的指標値を設定し、静的指標値に吸気チャンバによる遅れを想定した一次遅れ処理を施して動的な筒内吸入空気質量に相当する動的指標値を設定する。そして、更に動的指標値を加重平均して燃料付着による遅れ指標値を算出し、上記動的指標値から遅れ指標値を減算して、この差分に基づき燃料追加質量を設定する。そして、基本とする吸入燃料質量に、動的指標値と遅れ指標値との差分に基づいて設定した燃料追加質量を加算して1サイクル当りの燃料噴射量を設定する。
【0014】
【実施例】
以下、図面に基づき本発明の実施例を説明する。図25にはエンジンの全体概略図が示されており、図中の符号1はエンジン(図においては水平対向4気筒型エンジンを示す)を示し、シリンダヘッド2の吸気ポート2aにインテークマニホルド3が連通され、このインテークマニホルド3の上流にエアーチャンバ4を介してスロットル通路5が連通されている。このスロットル通路5の上流側には、吸気管6を介してエアクリーナ7が取付けられ、このエアクリーナ7が吸入空気の取り入れ口であるエアインテークチャンバ8に連通されている。また、上記排気ポート2bにエキゾーストマニホルド9を介して排気管10が連通され、この排気管10に触媒コンバータ11が介装されてマフラ12に連通されている。
【0015】
一方、上記スロットル通路5にスロットル弁5aが設けられ、このスロットル通路5の直上流の上記吸気管6にインタークーラ13が介装され、さらに、上記吸気管6の上記エアクリーナ7の下流側にレゾネータチャンバ14が介装されている。
【0016】
また、上記レゾネータチャンバ14と上記インテークマニホルド3とを連通して上記スロットル弁5aの上流側と下流側とをバイパスするバイパス通路15に、アイドル空気量を調整するアイドル制御(ISC)弁16が介装されている。さらに、上記ISC弁16の直下流側に、吸気圧が負圧のとき開弁し、またターボチャージャ18によって過給されて吸気圧が正圧になったとき閉弁するチェックバルブ17が介装されている。
【0017】
上記ターボチャージャ18は、上記吸気管6の上記レゾネータチャンバ14の下流側にコンプレッサが介装され、タービンが上記排気管10に介装されている。さらに、上記ターボチャージャ18のタービンハウジング流入口には、ウエストゲート弁19が介装され、このウエストゲート弁19には、ウエストゲート弁作動用アクチュエータ20が連設されている。
【0018】
上記ウエストゲート弁作動用アクチュエータ20は、ダイヤフラムにより2室に仕切られ、一方がウエストゲート弁制御用デューティソレノイド弁21に連通される圧力室を形成し、他方が上記ウエストゲート弁19を閉方向に付勢するスプリングを収納したスプリング室を形成している。
【0019】
上記ウエストゲート弁制御用デューティソレノイド弁21は、上記レゾネータチャンバ14と上記吸気管6の上記ターボチャージャ18のコンプレッサ下流とを連通する通路に介装されており、後述する電子制御装置50(ECU;図28参照)から出力される制御信号のデューティ比に応じて、上記レゾネータチャンバ14側の圧力と上記コンプレッサ下流側の圧力とを調圧し、上記ウエストゲート弁作動用アクチュエータ20の圧力室に供給する。
【0020】
すなわち、上記ECU50によって上記ウエストゲート弁制御用デューティソレノイド弁21を制御し、上記ウエストゲート弁作動用アクチュエータ20を作動させて上記ウエストゲート弁19による排気ガスリリーフを調整することにより、上記ターボチャージャ18による過給圧を制御するようになっている。
【0021】
また、上記インテークマニホルド3に、吸気管圧力Pを絶対圧で検出する吸気管圧力センサ22が通路23を介して連通され、さらに、上記インテークマニホルド3の各気筒の各吸気ポート2aの直上流側にインジェクタ25が臨まされている。また、上記シリンダヘッド2の各気筒毎に、その先端を燃焼室に露呈する点火プラグ26aが取付けられ、この点火プラグ26aに各気筒毎に配設された点火コイル26bを介してイグナイタ27が接続されている。
【0022】
上記インジェクタ25には、燃料タンク28内に設けたインタンク式の燃料ポンプ29から燃料フィルタ30を経て燃料が圧送され、プレッシャレギュレータ31にてインジェクタ25への燃料圧力が調圧される。
【0023】
また、上記吸気管6の上記エアクリーナ7の直下流に、ホットワイヤ或はホットフィルム等を用いた熱式の吸入空気量センサ32が介装され、上記スロットル弁5aに、スロットル開度センサ33aとアイドルスイッチ33bとを内蔵したスロットルセンサ33が連設されている。さらに、上記エアーチャンバ4に吸気温センサ46が臨まされている。
【0024】
また、上記エンジン1のシリンダブロック1aにノックセンサ34が取付けられるとともに、このシリンダブロック1aの左右両バンクを連通する冷却水通路35に水温センサ36が臨まされ、上記排気管10の上記エキゾーストマニホルド9の集合部にO2 センサ37が臨まされている。
【0025】
また、上記シリンダブロック1aに支承されたクランクシャフト1bにクランクロータ38が軸着され、このクランクロータ38の外周に、電磁ピックアップなどからなるクランク角センサ39が対設されている。さらに、上記エンジン1のカムシャフト1cに連設するカムロータ40に、電磁ピックアップなどからなる気筒判別用のカム角センサ41が対設されている。尚、上記クランク角センサ39及び上記カム角センサ41は、電磁ピックアップなどの磁気センサに限らず、光センサなどでも良い。
【0026】
上記クランクロータ38は、図26に示すように、その外周に突起38a,38b,38cが形成され、これらの各突起38a,38b,38cが、各気筒(#1,#2と#3,#4)の圧縮上死点前(BTDC)θ1,θ2,θ3 の位置に形成されており、本実施例においては、θ1 =97゜CA、θ2 =65゜CA、θ3 =10゜CAである。
【0027】
上記クランクロータ38の各突起は、上記クランク角センサ39によって検出され、BTDC97゜,65゜,10゜のクランクパルスがエンジン1/2回転毎(180゜CA毎)に出力される。そして、各信号の入力間隔時間がタイマによって計時され、エンジン回転数Neが算出される。
【0028】
また、図27に示すように、上記カムロータ40の外周には、気筒判別用の突起40a,40b,40cが形成され、突起40aが#3,#4気筒の圧縮上死点後(ATDC)θ4 の位置に形成され、突起40bが3個の突起で構成されて最初の突起が#1気筒のATDCθ5 の位置に形成されている。さらに、突起40cが2個の突起で形成され、最初の突起が#2気筒のATDCθ6 の位置に形成されている。本実施例においては、θ4 =20゜CA、θ5 =5゜CA、θ6 =20゜CAである。
【0029】
そして、上記カムロータ40の各突起が上記カム角センサ41によって検出され、各気筒の燃焼行程順を#1→#3→#2→#4とした場合、この燃焼行程順と、上記カム角センサ41からのカムパルスをカウンタによって計数した値とのパターンに基づいて、気筒判別がなされる。
【0030】
一方、図28において、符号50は、エンジン系を制御する電子制御装置(ECU)50であり、このECU50は、燃料噴射制御、点火時期制御などを行なうメインコンピュータ51と、ノック検出処理を行なう専用のサブコンピュータ52との2つのコンピュータを中心として構成され、各部に所定の安定化電源を供給する定電圧回路53や各種の周辺回路が組込まれている。
【0031】
上記定電圧回路53は、ECUリレー54のリレー接点を介してバッテリ55に接続されており、このバッテリ55に、上記ECUリレー54のリレーコイルがイグニッションスイッチ56を介して接続され、上記イグニッションスイッチ56がONされて上記ECUリレー54のリレー接点が閉となったときには制御用電源を上記各コンピュータ51,52に供給すると共に、上記定電圧回路53は上記バッテリ55に直接接続されており、イグニッションスイッチ56のON,OFFに拘らず、バックアップRAM61にバックアップ用の電源を供給する。
【0032】
尚、上記バッテリ55には、燃料ポンプリレー57のリレー接点を介して燃料ポンプ29が接続されている。
【0033】
上記メインコンピュータ51は、CPU58、ROM59、RAM60、バックアップRAM61、カウンタ・タイマ群62、シリアル通信インターフェースであるSCI63、及び、I/Oインターフェース64がバスライン65を介して接続されたマイクロコンピュータであり、上記バックアップRAM61には、上記イグニッションスイッチ56のON/OFFに拘らず、バッテリ55に直接接続する上記定電圧回路53からバックアップ電源が常時供給されてデータが保持される。
【0034】
尚、上記カウンタ・タイマ群62は、フリーランカウンタ、カム角センサ信号の入力計数用カウンタなどの各種カウンタ、燃料噴射タイマ、点火タイマ、定期割込みを発生させるための定期割込みタイマ、クランク角センサ信号の入力間隔計時用タイマ、及び、システム異常監視用のウオッチドッグタイマなどの各種タイマを便宜上総称するものであり、上記メインコンピュータ51においては、その他、各種のソフトウエアカウンタ・タイマが用いられる。
【0035】
また、上記サブコンピュータ52も、上記メインコンピュータ51と同様、CPU71、ROM72、RAM73、カウンタ・タイマ群74、SCI75、及び、I/Oインターフェース76がバスライン77を介して接続されたマイクロコンピュータであり、上記メインコンピュータ51とサブコンピュータ52とは、上記SCI63,75を介してシリアル通信ラインにより互いに接続されている。
【0036】
上記メインコンピュータ51のI/Oインターフェース64には、入力ポートに、吸入空気量センサ32、スロットル開度センサ33a、水温センサ36、O2センサ37、吸気管圧力センサ22、大気圧センサ44、車速センサ42、吸気温センサ46、及び、バッテリ55が、A/D変換器66を介して接続されるとともに、アイドルスイッチ33b、スタータスイッチ43、及びクランク角センサ39、カム角センサ41などが接続され、さらに、図示しない各種センサ及びスイッチ類が接続されている。
【0037】
また、上記I/Oインターフェース64の出力ポートには、イグナイタ27が接続されるとともに、ISC弁16、インジェクタ25、燃料ポンプリレー57のリレーコイル、ウエストゲート弁制御用デューティソレノイド弁21が駆動回路67を介して接続されており、さらに、図示しない各種のアクチュエータ類が接続されている。
【0038】
一方、上記サブコンピュータ52のI/Oインターフェース76は、入力ポートに、クランク角センサ39、カム角センサ41が接続されるとともに、A/D変換器78、周波数フィルタ79、アンプ80を介してノックセンサ34が接続されており、上記ノックセンサ34からのノック検出信号が上記アンプ80で所定のレベルに増幅された後に上記周波数フィルタ79により必要な周波数成分が抽出され、上記A/D変換器78にてデジタル信号に変換されて入力されるようになっている。
【0039】
上記メインコンピュータ51では、各センサ類からの検出信号を処理し、燃料噴射量制御、点火時期制御、アイドル制御などを行い、一方、上記サブコンピュータ52では、エンジン回転数とエンジン負荷とに基づいてノックセンサ34からの信号のサンプル区間を設定し、このサンプル区間でノックセンサ34からの信号を高速にA/D変換して振動波形を忠実にデジタルデータに変換し、このデータに基づきノック発生の有無を判定する。
【0040】
上記サブコンピュータ52のI/Oインターフェース76の出力ポートは、上記メインコンピュータ51のI/Oインターフェース64の入力ポートに接続されており、上記サブコンピュータ52でのノック判定結果がI/Oインターフェース76に出力される。そして、上記メインコンピュータ51では、上記サブコンピュータ52からノック発生有りの判定結果が出力されると、SCI63を介してシリアル通信ラインよりサブコンピュータ52からノックデータを読込み、このノックデータに基づいて直ちに該当気筒の点火時期を遅らせ、ノックを回避する。
【0041】
このようなエンジン制御において、上記メインコンピュータ51では、センサ・スイッチ類からの信号入力処理、燃料噴射制御、点火時期制御、アイドル制御に係わる各種ジョブが、一つのオペレーティングシステム(OS)の管理下で効率的に実行される。このOSは、車輌制御のための各種マネジメント機能、及び、このマネジメント機能に密着した内部ストラテジーを有し、各種ジョブを体系的に結合し、等時間間隔処理により各種ジョブを効率的に実行するようになっている。
【0042】
以下、上記メインコンピュータ51による燃料噴射制御について、図1〜図9のルーチンに従って説明する。尚、サブコンピュータ52はノック検出処理専用のコンピュータであるため、その動作説明を省略する。
【0043】
本実施例では、OS側で処理したA/D変換結果、クランク位置情報、エンジン回転数等に基づき、ユーザ側ジョブで、燃料噴射量、点火時期等を設定すると共に、これらの指示値がOSによって噴射タイマ、点火タイマにセットされる。そして、10ms毎ジョブ,50ms毎ジョブ等の定期割込み要求を出力し、またクランク角センサ39からの信号入力毎(BTDC97゜,65゜,10゜CA毎のエンジン1回転に6回)に起動されるクランクパルス入力毎ジョブの割込みを許可する。
【0044】
10ms毎ジョブでは、図1〜図3に示す燃料噴射有効パルス幅及び燃料噴射無駄パルス幅設定ルーチンと、図5に示す吸入空気量設定ルーチンが実行される。また、50ms毎ジョブでは、図6に示す係数設定ルーチン、及び図7〜図9に示す要求当量比設定ルーチンが実行される。
【0045】
尚、以下の説明では、図24に示すように、吸気系のスロットル弁5aの下流から吸気弁上流までを吸気チャンバ6Aと総称する。従って、吸気チャンバ6Aは、スロットル通路5、エアーチャンバ4、インテークマニホルド3、吸気ポート2aの総称となる。
【0046】
ここで、以下の説明で使用する用語について簡単に説明する。Qは質量流量[mg/sec]、Gは1サイクル当りの質量[mg/cycle]を意味する。ただし、後述する筒内吸入空気質量Gair、筒内吸入燃料質量Gfuel等は、吸気行程時にのみ吸入されるので、実質的には、1吸気行程当りの質量と同じ意味になる。また、図24の左から、Qaは吸入空気量センサ32を通過する空気の質量流量(センサ通過空気質量流量)、Mは吸気チャンバ6Aの空気質量、Pは吸気チャンバ6Aの吸気管内圧力、Ginjは燃料噴射質量、Qcは筒内吸入空気質量流量、Gairは筒内吸入空気質量、Gfuelは筒内吸入燃料質量を示す。
【0047】
まず、図1〜図3に示す燃料噴射有効パルス幅及び燃料噴射無駄パルス幅設定ルーチンを説明する前に、このルーチンで取入れる各パラメータを設定するルーチンについて説明する。
【0048】
図5の10ms毎ジョブで実行されるルーチンでは、Dジェトロニック方式により1吸気行程当りの筒内吸入空気質量Gairを算出する。まず、ステップS41で、吸気管圧力センサ22の検出値に基づいて算出したスロットル弁5aの下流側の吸気管圧力Pと、吸気温センサ46の検出値に基づいて算出した吸気温度Tとを読込み、ステップS42で、現在の吸気温度Tが50℃以下、すなわち通常の吸気温度領域にあるか判断し、T<50℃のときには、ステップS43へ進み、現在の吸気温度Tで、吸気温度設定値T’を設定してステップS45へ進む。また、T≧50℃のときには、ステップS44で、上記吸気温度設定値T’を固定値である50℃に設定した後、ステップS45へ進む。
【0049】
ところで、筒内吸入空気質量Gairは、上記吸気管圧力Pが一定であっても吸気温度Tに影響されて変動するため、空気密度σから筒内吸入空気質量Gairを算出する必要がある。筒内の空気密度σが吸気行程時における吸気チャンバ6A内の空気密度と同じであると考えれば、上記筒内の空気密度αは、空気の状態方程式により以下の式から求めることができる。
【0050】
σ=P×(1−Regr)/(R×T) …(1)
Regr;EGR率
R;ガス定数
図11に筒内吸入空気質量Gairと吸気温度Tとの関係を示す。実線は実測により得た吸入空気質量(実測吸気量)の特性、二点鎖線は上記(1)式により算出した空気密度σに従い求めた吸入空気質量(密度比例吸気量)、一点鎖線は吸気温度Tをある温度に固定して算出した空気密度σに従い求めた吸入空気質量(圧力比例吸気量)を示す。図に示すように、吸気温度Tが50℃以下の通常の吸気温度領域では、密度比例吸気量が実測吸気量にほぼ沿う特性を示す。しかし、ターボチャージャ付エンジンでの実測結果によると、吸気温度Tが50℃を越えた領域では、上記筒内吸入空気質量Gairは空気密度σに比例して吸込まれておらず、密度比例吸気量は、実測吸気量に比し過小になり、結果として、空燃比がリーン化してしまう。ところで、本来なら、吸気温度Tが50℃以上の領域では、温度毎の補正係数を用いて補正すべきであるが、制御が複雑化するのと、圧力比例吸気量がほぼ実測吸気量に沿う特性を示しているので、本ルーチンでは吸気温度設定値T’を50℃に固定して、筒内吸入空気質量Gairを求めるようにした。尚、上記50℃は実験により求めた臨界温度であり、採用するエンジン形式により相違するため、個別に設定する必要がある。また、本実施例のようにEGR装置が搭載されていないエンジンでは、上記EGR率はゼロである。
【0051】
そして、ステップS45へ進むと、上記(1)式の吸気温度Tを上記吸気温度設定値T’に代えて空気密度σを算出し、ステップS46で、上記空気密度σと行程容積Dとに基づき次式から1吸気行程当りの理論吸気質量Gthを算出する。
【0052】
Gth←D×σ …(2)
従って、この理論吸気質量Gthは、吸気温度設定値T’を考慮しなければ、上記吸気管圧力Pに比例する。
【0053】
次いで、ステップS47で、上記理論吸気質量Gthを基本として筒内吸入空気質量Gairを次式から算出して、ルーチンを抜ける。
【0054】
Gair←(Gth−ηb)×ηv×Ktrm …(3)
ηb:吸気損失質量
ηv:体積効率
Ktrm:吸入空気量誤差補正係数
上記理論吸気質量Gthと筒内吸入空気質量Gairとの関係は、図12に示す通りであり、理論吸気質量Gthがゼロ、すなわち吸気管圧力Pが完全な真空になる前に、上記筒内吸入空気質量Gairがゼロになるような、横軸接点ηb、傾きηvの一次式で表される。但し、実際には、筒内吸入空気質量Gairがゼロになるような運転条件は存在しない。また、1吸気行程当りの吸気損失質量ηbと体積効率ηvとは、後述するように、エンジン回転数Neに基づき一次元マップを補間計算付で参照して設定する。さらに、上記吸入空気量誤差補正係数Ktrmは、上記理論吸気質量Gthと筒内吸入空気質量Gairとの関係が完全には一次式に乗らないこともあるため、運転条件による空気量計測の定常的な誤差分を補正するためのもので、例えば、スロットル開度αとエンジン回転数Neとに基づき、二次元マップを補間計算付で参照して設定する。図13に、この吸入空気量誤差補正係数Ktrmを設定する二次元マップの特性を例示する。この図に示すように、この吸入空気量誤差補正係数Ktrmの値は基本的には、1.0である。
【0055】
次に、図6に示す50ms毎ジョブで実行される係数設定ルーチンについて説明する。このルーチンでは、上記吸気損失質量ηb、及び上記体積効率ηvを設定する。
【0056】
まず、ステップS51でエンジン回転数Neを読込み、ステップS52、S53で、このエンジン回転数Neに基づき一次元マップを補間計算付で参照して、体積効率ηvと吸気損失質量ηbとを各々設定してルーチンを抜ける。
【0057】
上記体積効率ηv、上記吸気損失質量ηbの値は、理論的には、1.0であるが、エンジン回転数毎にカムの同調などの影響によって変化する値であり、また上記体積効率ηvには、高地補正、排気圧補正等の因子を加味させることができる。
【0058】
このように、本ルーチンでは、吸気管圧力Pを基本に筒内吸入空気質量Gairを簡単な計算式に基づいて算出し、また、上記体積効率ηv、上記吸気損失質量ηbは、一次元マップから設定することができるため、コンピュータに掛かる負荷が軽くなり、しかも、上記吸気管圧力Pさえ正確に計測されれば、始動時を含む全ての領域で適用することができる。
【0059】
ところで、上記筒内吸入空気質量Gairは、Lジェトロニック方式により算出することもできる。このLジェトロニック方式を利用して筒内吸入空気質量Gairを算出する手順を、図10の4ms毎ジョブで実行されるルーチンに従って説明する。尚、上記吸入空気量センサ32の検出時刻は、スロットル弁5aまでの吸気管路長、及び流速によっても異なるが、スロットル弁5aでの検出時刻とほぼ同じと考えて良い。
【0060】
まず、ステップS101で、吸入空気量センサ32からの出力電圧VAFMを読込み、次のステップS102,S103で上記出力電圧VAFMの過渡補正をする。すなわち、図14に示すように、実験によれば、過渡時の吸入空気量の急激な変化に対して、吸入空気量センサ32の出力電圧VAFMの変化は、理想の変化の2/3の電圧までは充分に速い応答を示すが、残りの1/3は、約200msの時定数を持つ遅れで応答することが明らかにされている。このときのセンサ通過空気質量流量Qaと出力電圧VAFMとの関係を、時定数τ(s)の伝達関数で表せば、
VAFM=(2/3)×Qa+{1/(3τ(s)+3)}×Qa …(4)
となり、応答遅れは、この(4)式の逆関数で補正すれば良く、この補正式は、
Qa=(1/2)×[3−1/{(2/3)τ(s)+1}]×VAFM …(5)
となる。
【0061】
上記時定数τ(s)は200msであるため、(2/3)τ(s)+1≒130とすれば、上記(5)式は、
Figure 0003621731
と単純化される。すなわち、吸入空気量センサ32の出力電圧VAFMの3倍から、この出力電圧VAFMを130msの時定数で一次遅れさせた出力電圧VAFMを減算し、その値を1/2にすれば、この吸入空気量センサ32の過渡時の応答遅れを、簡単に補正することができる。
【0062】
このような考えに基づき、上記ステップS102では、前回求めた一次遅れ出力電圧VAFMavと今回の出力電圧VAFMとから、次式に示す所定時定数(本ルーチンでは、130msの近似値として32×4ms)の加重平均に基づいて、今回の一次遅れ出力電圧VAFMavを算出する。
【0063】
VAFMav←(31・VAFMav+VAFM)/32 …(7)
次いで、ステップS103で、今回の出力電圧VAFM及び一次遅れ出力電圧VAFMavから、過渡補正後の出力電圧(過渡補正出力電圧)V’AFMを次式から算出する。
【0064】
V’AFM←(3・VAFM−VAFMav)/2 …(8)
このように、上記吸入空気量センサ32の過渡応答遅れを簡単な一次式で導き出すことができるため、コンピュータの負荷を軽減させることができる。
【0065】
そして、ステップS104で、過渡補正された上記過渡補正出力電圧V’AFMを、等間隔32格子のワード補間テーブルを用いてセンサ通過空気質量流量Qaに変換し、ステップS105で、このセンサ通過空気質量流量Qaに吸入空気量誤差補正係数Ktrmを乗算して、今回のセンサ通過空気質量流量Q’aを算出する。
【0066】
この吸入空気量誤差補正係数Ktrmは、運転条件による空気量計測の定常的な誤差分を補正する係数で、前述のDジェトロニック方式と同様に、例えば、スロットル開度αとエンジン回転数Neとに基づき、二次元マップを補間計算付で参照して設定する(図13参照)。
【0067】
次いで、ステップS106で、エンジンが始動後かをエンジン回転数Neに基づいて判断し、Ne<300rpmのときは、始動時と判断してステップS107へ進み、Ne≧300rpmのときは、始動後と判断してステップS108へ進む。
【0068】
ステップS107へ進むと、始動時の筒内吸入空気質量Gairを初期値設定してルーチンを抜ける。
【0069】
始動時に、筒内吸入空気質量Gairを初期値設定するのは、以下の理由による。
【0070】
1)筒内吸入空気質量Gairは、定常的には、空気流量/エンジン回転数で算出されるが、エンジン回転数及び空気流量が共に小さい場合を考えると、計算結果は不定になり易い。
【0071】
2)後述のステップS108で説明するように、筒内吸入空気質量Gairは、始動後は履歴に依存して逐次計算されるため、始動後最初のルーチン実行時に初期値が設定されている必要がある。
【0072】
3)始動時に、ある始動時噴射幅を設定するのではなく、筒内吸入空気質量Gairを初期値設定することで、始動時、始動後に拘らず全ての運転領域で筒内吸入空気質量Gairを利用した演算が可能になる。
【0073】
そこで、始動時には、筒内吸入空気質量Gairを推定した値で、初期値設定する。この初期値は、例えば、吸気チャンバ6A内の吸気管圧力Pを大気圧とみなし、また吸気温度を冷却水温度により代用して次式から算出する。
【0074】
初期値=固定値×大気圧/冷却水温(゜K) …(9)
一方、始動後と判断されてステップS108へ進むと、上記ステップS105で算出したセンサ通過空気質量流量Q’aに基づき、筒内吸入空気質量Gairを次式に示す吸気チャンバモデルから算出して、ルーチンを抜ける。
Gair←Q’a×Mtch+(MTCS−Mtch)×Gair/MTCS …(10)
MTCS:半回転時間
この(10)式は、以下の考えに基づく。すなわち、吸気チャンバモデルの計算は、次の2式から算出することができる。
【0075】
1)Gair=σ×D=M×D/V
σ:吸気チャンバ6A内の空気密度
D:行程容積
V:吸気チャンバ6A内の容積(チャンバ容積)
2)M(new)=Gair(old)+Qa×Δt−Qc×Δt
(new):現在の値
(old):Δt前の値
Δt:演算周期
上記2式からMとQcとを消去すると、次式に示すように、上記センサ通過空気質量流量Qaから筒内吸入空気質量Gairを算出することができる。
Gair(new)=Gair(old)+Qa×Δt×D/V−Qc×Δt×D/V …(10−1)
上記筒内吸入空気質量流量Qcは、単位時間当りの吸気行程数が4サイクルエンジンの場合、気筒数×Ne/2であるため、
Qc=(気筒数/2)×Ne×Gair
となり、上記(10−1)式は、
Figure 0003621731
…(10−2)
となる。ここで、Δt×D/V=固定値=Mtchとおき、また、採用するエンジンが4気筒であれば、上記(10−2)式は、
Gair(new)=Qa×Mtch+(1−2Ne×Mtch)×Gair(old)…(10−3)
となる。尚、本ルーチンでは、計算の便宜上、エンジン回転数Ne[rps]ではなく半回転数時間(Ne/2)を用いており、この半回転数時間をMTCSとおけば、上記(10−3)式は、
Gair(new)=Qa×Mtch+Gair(old)×(MTCS−Mtch)/MTCS …(10’)
となり、上記ステップS108で示した(10)式が導き出される。
【0076】
そして、この(10)式を演算周期Δt毎に行えば、筒内吸入空気質量Gairを履歴に依存して逐次的に算出することができる。
【0077】
このように、本実施例では、Dジェトロニック方式とLジェトロニック方式との違いは、単に吸気管圧力センサ22の検出値に基づいて筒内吸入空気質量Gairを算出するか、吸入空気量センサ32の検出値に基づいて筒内吸入空気質量Gairを算出するか、すなわち、この筒内吸入空気質量Gairの算出方式の違いに過ぎず、以下のルーチンでは、筒内吸入空気質量Gairが算出されていれば、Dジェトロニック方式とLジェトロニック方式とのいずれを採用するエンジンであっても共通となる。
【0078】
次に、運転条件による筒内混合気の要求当量比設定ルーチンについて、図7〜図9のルーチンに従って説明する。このルーチンは50ms毎のジョブで実行され、定常的な要求増量である可燃限界当量比φtwと、最大出力当量比φfulと、排気ガス温度限界当量比φtexと、触媒浄化率最良当量比φgasと、燃費率最良当量比φecoとを設定する。これら各要求当量比φtw,φful,φtex,φgas,φecoは定常的な要求増量であるため、過渡的な燃料遅れ等によって生じる空燃比変動をフィードフォワード的に補正する係数(エアコン増量補正係数、Dレンジ増量補正係数等)、或はセンサやインジェクタの誤差を補正する係数(混合比補正係数等)は含まない。また、このルーチンで設定する各要求当量比は、後述する図1のルーチン実行時に比較され、その最大値が目標当量比(理論燃空比F/Aに対する増量係数)COEFとして採用される。尚、この当量比φは、空気過剰率((A/F)実際/(A/F)理論)λに対して、φ=1/λの関係にある。
【0079】
まず、ステップS61で冷却水温Twとエンジン回転数Neとを読込む。そして、ステップS62〜S65或はS66で可燃限界当量比φtwを設定する。ステップS62では、上記冷却水温Twとエンジン回転数Neとに基づき二次元マップを補間計算付で参照して、可燃限界当量比φtwを設定する際の基準となる基準可燃限界当量比Mtwを設定する。この基準可燃限界当量比Mtwは、冷却水温Twとの関係によるリーン側の可燃限界を示すもので、図15に、この基準可燃限界当量比Mtwを設定する二次元マップの特性を例示する。この図15に示すように、冷却水温Tw側の軸では、従来の水温増量に近い設定がなされており、また、ある程度の高水温では、上記基準可燃限界当量比Mtwはリーン当量比に設定される。また、エンジン回転数Ne側の軸では、クランキング回転数を含む全ての回転数領域を検索できるように設定されている。筒内吸入空気質量Gairは始動時においても設定されることから(図5或は図10のフローチャート参照)、このときの可燃限界当量比φtwが始動時の噴射パルス幅を決定する要因になる。また、始動時において、上記基準可燃限界当量比Mtwは大きな値に設定されているが、これが始動後にエンジン回転数の増加に従って小さな値に変化して行く際に、後述するように、ある一次遅れ時定数で上記可燃限界当量比φtwの変化を遅らせることで始動後の増量が確保される。
【0080】
次いで、ステップS63へ進むと、エンジン回転数等からエンスト状態にあるかを判断し、エンスト状態にあると判断した場合には、ステップS66へ分岐し、上記基準可燃限界当量比Mtwで今回の可燃限界当量比φtwを設定してステップS67へジャンプする。一方、エンスト状態にないと判断した場合には、ステップS64へ進み、上記基準可燃限界当量比Mtwと前回の可燃限界当量比φtwとを比較し、Mtw≧φtwのときは、要求当量比が増量されているので、ステップS66へ分岐し、この基準可燃限界当量比Mtwで今回の可燃限界当量比φtwを設定して、増量要求に対応させた後、ステップS67へジャンプする。一方、Mtw<φtwのときは、要求当量比が減少されているため、ステップS65へ進み、次式に示す所定時定数(本ルーチンでは、16×50ms)の加重平均により一次遅れ処理を行い、今回の可燃限界当量比φtwを設定する。その結果、始動後増量が実質的に確保される。
【0081】
φtw←(15φtw+Mtw)/16 …(11)
次いで、ステップS67〜S70或はS71で上記最大出力当量比φfulが設定される。まず、ステップS67では、スロットル開度αを読込み、ステップS68で、エンジン回転数Neに基づき、一次元マップを補間計算付で参照してフル増量基準値αthを設定する。このフル増量基準値αthは、エンジンが最大出力を要求しているかを判断する基準値で、図16に示すように、エンジン回転数Neとスロットル開度αとの関係から特性を求めてマップ化したものである。
【0082】
そして、ステップS69で上記スロットル開度αと上記フル増量基準値αthとを比較し、α≦αthのときは、フル増量条件不成立と判断し、ステップS70へ進み、最大出力当量比φfulを0として、ステップS72へ進む。一方、α>αthのときは、フル増量条件成立と判断し、ステップS71へ分岐し、上記最大出力当量比φfulを1.2、すなわち、当該エンジンの最大出力となる当量比(フル増量)に設定する。
【0083】
尚、目標当量比COEFは、本ルーチンにより設定する各要求当量比φtw,φful,φtex,φgas,φecoの中から最大値を選択的に設定するものであるため、上記ステップS70で最大出力当量比φfulが0に設定されると、この最大出力当量比φfulが目標当量比COEFの選択対象から外れることになる。また、排気ガス温度の上昇を抑える目的の増量は、排気ガス温度限界当量比φtexとして別に設定されているため、上記最大出力当量比φfulはエンジン回転数Neによらず、理論空燃比A/F(=14.6)に対して、おおよそ15〜20%増量となるはずである。
【0084】
次いで、ステップS72〜S79或はS80で排気ガス温度限界当量比φtexを設定する。まず、ステップS72で、負荷の一例である筒内吸入空気質量Gairとエンジン回転数Neと基づき二次元マップを補間計算付で参照して基本排気ガス温度限界当量比Mtexを設定する。この基本排気ガス温度限界当量比Mtexは、排気ガス温度の上昇を設計限界以下に抑え、エンジン及び排気系を保護するために燃料冷却を行う増量である。図17に、この基本排気ガス温度限界当量比Mtexを設定する二次元マップの特性を例示する。図に示すように、高負荷(高Gair)、高回転で大きな増量を行うように設定されている。尚、エンジン負荷を検出するパラメータとして上記筒内吸入空気質量Gairに代えて吸気管圧力Pを採用し、二次元マップは吸気管圧力Pとエンジン回転数Neとの関係による特性に基づいて設定するようにしても良い。
【0085】
そして、ステップS73へ進むと、上記基本排気ガス温度限界当量比Mtexと、上記最大出力当量比φfulのフル増量値である1.2とを比較し、Mtex≧1.2のときはステップS74へ進み、またMtex<1.2のときはステップS76へ進む。
【0086】
そして、上記ステップS76へ進むと、今回の平均排気ガス温度限界当量比φtexAVを次式に示す加重平均により、所定時定数(本ルーチンでは、16×50ms)の一次遅れ処理を行い、ステップS78へ進む。
【0087】
φtexAV←(15・φtexAV+Mtex)/16 …(12)
また、ステップS74へ進むと、上記基本排気ガス温度限界当量比Mtexと前回までの平均排気ガス温度限界当量比φtexAVとを比較し、Mtex<φtexAVのとき、すなわち、1.2≦Mtex<φtexAVのときは、ステップS75へ進み、またMtex≧φtexAVのときは、ステップS77へ進む。
【0088】
上記ステップS75では、今回の平均排気ガス温度限界当量比φtexAVを次式に示す加重平均により所定時定数(本ルーチンでは、32×50ms)の一次遅れ処理を行い、ステップS78へ進む。
【0089】
φtexAV←(31・φtexAV+Mtex)/32 …(13)
一方、ステップS77へ進むと、今回の平均排気ガス温度限界当量比φtexAVを次式に示す加重平均により所定時定数(本ルーチンでは128×50ms)の一次遅れ処理を行って、ステップS78へ進む。
【0090】
φtexAV←(127・φtexAV+Mtex)/128 …(14)
従って、Mtex<1.2のいわゆる要求当量比が薄い場合には、比較的早い時定数で平均排気ガス温度限界当量比φtexAVが設定され、また、Mtex≧1.2、且つMtex≧φtexAVの要求当量比が濃い場合には、ゆっくりとした時定数で上記平均排気ガス温度限界当量比φtexAVが設定される。
【0091】
そして、ステップS78へ進むと、上記ステップS75,S76或はS77で算出した平均排気ガス温度限界当量比φtexAVと上記基本排気ガス温度限界当量比Mtexとを比較し、Mtex<φtexAVのときは、ステップS79で、上記基本排気ガス温度限界当量比Mtexを今回の排気ガス温度限界当量比φtexとして設定し、また、Mtex≧φtexAVのときは、ステップS80で、今回の排気ガス温度限界当量比φtexを平均排気ガス温度限界当量比φtexAVで設定する。
【0092】
従って、排気ガス温度限界当量比φtexは平均排気ガス温度限界当量比φtexAVで上限リミットされ、また、基本排気ガス温度限界当量比Mtexで下限リミットされる。その結果、上記排気ガス温度限界当量比φtexの上限リミット値は、エンジン回転数Neと筒内吸入空気質量Gairとに応じて、すなわち、上記ステップS75,S76或はS77で設定される平均排気ガス温度限界当量比φtexAVに従って、ゆっくり変化したり、あるいは比較的早く変化したりするようになる。その結果、長時間の全開運転において排気ガス温度が実際に設計限界値に近づくまではφtex<φfulとなり、従来のように、最大出力当量比φfulの中に、燃料冷却成分を含ませていた場合に比し、出力の増加が期待できる。尚、この排気ガス温度限界当量比φtexを排気ガス温度を計測或は推測した値に基づいて設定するようにしても良い。
【0093】
次いで、上記ステップS79或はS80からステップS81へ進み、このステップS81〜S85或はS86で触媒浄化率最良当量比φgasが設定される。この触媒浄化率最良当量比φgasは、触媒コンバータ11として3元触媒が採用されている場合に対象となり、排気ガスを浄化しなければならない条件が成立したときに、φgas←1.0とし、それ以外では、φgas←0とする。
【0094】
ステップS81〜S84では、排気ガスを浄化しなければならない運転条件にあるかを判断する。この判断条件は、スロットル開度αとエンジン回転数Neとで行い、スロットル開度αが、10゜≦α<70゜(ステップS81,S82)で、且つエンジン回転数Neが、800rpm≦Ne<3000rpm(ステップS83,S84)のとき、触媒浄化率最良当量比φgasを1.0に設定し(ステップS85)、それ以外のときは、φgasを0に設定する(ステップS86)。尚、上記判断条件は一例であり、排気ガス浄化領域はエンジンの特性等に応じて任意に設定でき、また例えばスロットル開度αに代えて、吸気管圧力Pや筒内吸入空気質量Gairを採用しても良い。また、上記触媒コンバータ11としてリーンNox触媒が採用されている場合には、触媒浄化率最良当量比φgasは全運転領域でφgas←0に設定する。
【0095】
その後、ステップS87で、負荷の一例としての吸気管圧力Pとエンジン回転数Neとに基づいて二次元マップを補間計算付で参照して、燃費率最良当量比φecoを設定して、ルーチンを抜ける。
【0096】
図18に、この燃費率最良当量比φecoを設定する二次元マップの特性を例示する。図に示すように、この二次元マップの各領域には、当該エンジン運転条件下での最良の燃費率を得ることのできる当量比が予め実験などから求めて格納されている。
【0097】
ここで、この燃費率最良当量比φecoと前述の可燃限界当量比φtwとの関係について簡単に説明する。
【0098】
空燃比を可燃限界当量比φtwまでリーン化させると一般には最良の燃費を得ることができなくなる。しかし、暖機途中の低水温時などでは空燃比を燃費率最良当量比φecoまでリーン化するよりも、上記可燃限界当量比φtwにより、リーン化を抑制した方が良好な燃焼を得ることができる場合もあるので、上記可燃限界当量比φtwとは別に燃費率最良当量比φecoが設定されている。尚、上記触媒浄化率最良当量比φgasが全運転領域で、φgas←1.0の場合には、上記燃費率最良当量比φecoは隠れてしまうため、その意味を失うが、例えば、排気浄化システムがリーンNox触媒を採用している場合には、前述のように、触媒浄化率最良当量比φgasが全運転領域でφgas←0に設定されるため、この燃費率最良当量比φecoは触媒浄化率最良当量比としての要素も合わせ持つことになる。また、EGRを用いて理論空燃比制御により燃費向上を行う際には、Dジェトロニック方式では、上記(1),(2)式から明らかなように、理論吸気質量Gthには、EGR量が除かれた新気量のみであり、またLジェトロニック方式では、吸入空気量センサ32の出力電圧VAFMに基づいて算出した筒内吸入空気質量Gairは、結果としてEGR量が除かれた新気量のみとなるため、全運転領域で、φeco←1.0としたほうが、空燃比制御性が良くなる。また、この燃費率最良当量比φecoを、吸気管圧力Pに代えて筒内吸入空気質量Gairと、エンジン回転数Neとの関係により作成した二次元マップを参照して設定するようにしても良い。
【0099】
そして、上記各ルーチンで求めた設定値を用いて、図1〜図3の10ms毎ジョブで実行される燃料噴射有効パルス幅及び燃料噴射無駄パルス幅設定ルーチンのステップS1〜S10で1サイクル当りの燃料噴射質量を算出し、ステップS11〜S24で燃料噴射有効パルス幅Teと燃料噴射無駄パルス幅Tsとを算出する。
【0100】
まず、ステップS1では、上記筒内混合気の要求当量比設定ルーチンで設定した各要求当量比φtw,φful,φtex、φgas,φecoを比較し、これらの要求値の最大値を目標当量比COEFとして決定する。
【0101】
次いで、ステップS2で筒内への1吸気行程当りの筒内吸入燃料質量Gfuelを次式から算出する。
【0102】
Gfuel←Gair×F/A×COEF×Kfb …(15)
F/A:理論燃空比
Kfb:空燃比フィードバック補正係数
ここで、理論燃空比F/Aは理論空燃比A/Fの逆数で、理論空燃比が14.6であれば、理論燃空比は1/14.6となる。また、この理論空燃比A/Fは、燃料を完全燃焼するに必要な最小の空気量と燃料量との比であり、多種燃料に対応したエンジン等では変数となる。
【0103】
一方、上記空燃比フィードバック補正係数Kfbの初期値は1.0であり、空燃比フィードバック制御、及び空燃比学習制御を行う外部のストラテジーによって書換えられる。また、理論燃空比F/Aに目標当量比COEFを掛けることで、運転条件に応じた筒内混合気の目標空燃比が設定される。従って、リニアA/Fセンサでフィードバック制御する際に設定される上記空燃比フィードバック補正係数Kfbの目標値は上記理論燃空比F/Aを1とした場合の上記目標当量比COEFである。
【0104】
ところで、上記筒内吸入燃料質量Gfuelは、筒内へ1行程で吸込んで欲しい燃料量であり、定常的にはインジェクタ25からの噴射量と一致するが、過渡時には応答遅れがあるため一致しない。すなわち、過渡的にはインジェクタ25からの燃料噴射量が急増しても、燃料の一部が吸気ポート内壁に付着してから筒内に吸込まれるので、その分遅れが生じ、筒内に吸込まれる燃料量はゆっくりと増加する。従って、上記筒内吸入燃料質量Gfuelが急増したときには、インジェクタ25からの燃料量を、この筒内吸入燃料質量Gfuelよりも多めにフィードフォワード噴射させて、筒内への吸入燃料量を筒内吸入燃料質量Gfuelと一致させる必要がある。この追加増量分に相当する過渡時の1吸気行程当りの燃料追加質量Gaccを、次のステップS3〜S9で算出する。
【0105】
まず、ステップS3では、スロットル開度αとエンジン回転数Neとに基づき二次元マップ(図19参照)を補間計算付で参照して、静的な筒内吸入空気質量Gairに相当する指標値(静的指標値)Maccを設定する。この静的指標Maccは、負荷変動の少ない定常走行で、スロットル開度αとエンジン回転数Neを一定に保持すれば、最終的には筒内吸入空気質量Gairが一定になるということを前提にしている。従って、走行中の負荷変動が無視できるとすれば、図4のステップS31に示すように、上記静的指標Maccをスロットル開度αに基づき一次元マップから補間計算付で設定することも可能である。
【0106】
また、過渡的には、上記筒内吸入空気質量Gairにも遅れがあり、この遅れに対応した燃料追加質量Gaccを求める必要がある。
【0107】
そこで、ステップS4では、まず、吸気チャンバ6A(図24参照)内の吸気遅れを想定した所定時定数(運転条件によって異なるが本ルーチンでは4×10msに固定している)の一次遅れ処理を、次式に示す加重平均に基づいて行い、動的な筒内吸入空気質量Gairに相当する指標値(動的指標値)Saccを算出する。
【0108】
Sacc←(3・Sacc+Macc)/4 …(16)
次いで、ステップS5で、上記動的指標値Saccと、前回のルーチン実行時に算出した燃料付着による遅れ指標値Taccとを比較する。尚、この遅れ指標値Taccは上記筒内吸入燃料質量Gfuelに相当する。
【0109】
そして、Sacc<Tacc、すなわち、前回の筒内吸入燃料質量Gfuelに相当する値(Tacc)に対して今回の筒内吸入空気質量Gairに相当する値(Sacc)が少ないときには、ステップS6へ進み、上記遅れ指標値Taccを上記動的指標値Saccとして、ステップS8へ進む。その結果、Sacc=Taccとなり、後述のステップS9では、上記燃料追加質量Gacc=0となり、燃料が追加増量されない。
【0110】
一方、Sacc≧Tacc、すなわち、前回の筒内吸入燃料質量Gfuelに相当する値(Tacc)に対して今回の筒内吸入空気質量Gairに相当する値(Sacc)が増加しているか、或は変化していないときには、ステップS7へ分岐して、この動的指標Saccを、次式に示す加重平均により、燃料付着による時定数(本ルーチンでは、8×10ms)の一次遅れ処理を行って、今回の燃料付着による遅れ指標値Taccを算出して、ステップS8へ進む。
【0111】
Tacc←(7・Tacc+Sacc)/8 …(17)
そして、ステップS8へ進むと、エンジン回転数Neに基づき一次元マップを補間計算付で参照して係数Raccを設定する。
【0112】
その後、ステップS9へ進み、過渡時の1吸気行程当りの燃料追加質量Gaccを次式から算出する。
【0113】
Gacc←Racc×(Sacc−Tacc) …(18)
この(18)式に示すように、今回の筒内吸入空気質量Gairに相当する値(Sacc)と今回の筒内吸入燃料質量Gfuelに相当する値(Tacc)との差分が、燃料付着による不足分を補填する増量パターンということになる。
【0114】
このように、この燃料追加質量Gaccは、スロットル開度αとエンジン回転数Neのみから、簡易的に筒内吸入空気質量Gairの変化量だけを遅れなく検出し、この値を利用して算出している。
【0115】
図20にスロットル弁5aを走行中に僅かに開弁させたときの上記各指標値Macc,Sacc,Taccの特性を示す。静的指標値Maccはスロットル開度αに追従して増加し、一方、動的指標値Saccは上記静的指標値Maccに対して4×10msの一次遅れで増加する。さらに、上記遅れ指標値Taccは、この動的指標値Saccに対して8×10msの時定数で増加する。この遅れ指標値Taccが筒内吸入燃料質量Gfuelに対応していると考えれば、付着分の遅れは、上記動的指標値Saccと上記遅れ指標値Taccとの差分(図のハッチングで示す領域)に相当することになり、上記ステップS9では、この差分指標値(Sacc−Tacc)に上記係数Raccを掛けて、燃料追加質量Gaccを求めている。ところで、図21に示すように、この差分指標値(Sacc−Tacc)が、従来のスロットル弁5aの開弁直後に生じるリーンスパイクのパターンに符合することが、実験から明らかになった。従って、この差分指標値(Sacc−Tacc)相応分を加速増量すれば、排気空燃比は過渡時においてもリーン化することなく一定となる。
【0116】
上記燃料追加質量Gaccは加速増量・加速時追加パルスに近似するが、この燃料追加質量Gaccはあくまでも筒内への吸入燃料量を筒内吸入燃料質量Gfuelにするためのフィードフォワード分であり、加速時に空燃比A/Fを一時的にリッチにするためのものではない。従って、もし、加速時に空燃比A/Fをリッチにする必要があれば、前記目標当量比COEFの選択枝として、前記図7〜図9に示す要求当量比設定ルーチン中に、加速当量比φaccを第6の増量要因として加えることも、当然考えられる。
【0117】
また、先に述べた、従来の三角増量法では、筒内へ吸入される燃料量の一次遅れを三角形で近似させながら増量するので、上記図21に示すリーンスパイクに対して正確に符合せず、過渡時の空燃比が部分的にリッチになったりリーンになったりしてしまう。
【0118】
そして、ステップS10へ進むと、上記筒内吸入燃料質量Gfuelに上記燃料追加質量Gaccを加算して、1サイクル当りの燃料噴射質量Ginjを算出する。ところで、噴射時期が早期に設定されていて、噴射が終了した後でまだ吸気行程になる前のタイミングで上記燃料噴射質量Ginjが急増した場合には、自動的に追加噴射することも可能で、この燃料噴射質量Ginjは、ある吸気行程から1回転半前、すなわち吸気行程終了直後から次の吸気行程開始までの期間にインジェクタ25から噴射される燃料の総量が算出される。
【0119】
次に、ステップS11〜S24で、気筒別燃料噴射有効パルス幅Te1〜Te4、及び気筒別燃料噴射無駄パルス幅Ts1〜Ts4が算出される(ここで、1,2,3,4は気筒番号を示す)。
【0120】
まず、ステップS11で、最大出力当量比φfulの値を参照し、ステップS12で排気ガス温度限界当量比φtexの値を参照する。そして、φful=0のエンジンが最大出力を要求しておらず、しかも、φtex=0の排気ガス温度限界による増量も要求していない場合には、ステップS13へ進み、空燃比の気筒別のばらつきを補正する気筒別噴射量補正係数Ktn1〜Ktn4を1.0に設定して、ステップS18へ進む。一方、上記ステップS11で、φful=1.2(フル増量)、あるいは、ステップS12で、φtex≠0と判断されている場合には、ステップS14へ分岐し、ステップS14〜S17でエンジン回転数Neに基づき、気筒別の一次元マップを補間計算付で参照して、上記気筒別噴射量補正係数Ktn1〜Ktn4を各々設定して、ステップS18へ進む。噴射量補正係数Ktnは燃料噴射量を気筒別に増減量して空燃比を均一に設定するもので、上記各一次元マップは、各気筒の吸気特性に対応する値が格納されている。
【0121】
ところで、運転条件によって燃料噴射量を気筒毎に変えなければならない原因は、本来、筒内吸入空気質量Gairが気筒毎に相違するからであり、従って、正確には筒内吸入空気質量Gairを吸気特性を考慮して気筒毎に算出し、この算出結果から筒内吸入燃料質量Gfuel及び燃料噴射質量Ginjを気筒毎に算出すべきであるが、CPUの計算負荷が重くなるため、上記気筒別噴射量補正係数Ktn1〜Ktn4を用いて、見かけ上、気筒別燃料噴射有効パルス幅Te1〜Te4[ms]を補正するようにした。
【0122】
また、空燃比の気筒毎のばらつきが特に問題となるのは、高負荷運転時のノッキングである。中低負荷運転での空燃比のばらつきは排気ガスに余り影響せず、エンジン振動の観点からすると全気筒の燃料量が一致している方が却って各気筒の出力が均等になるので望ましい。従って、フル増量が要求されている場合には、全気筒が最大出力が得られるようにする必要があり、また、排気ガス温度限界による増量が要求されている場合には、全気筒の排気系等の高温化を設計限界以内に抑制してエンジンを保護する必要があるため、このような場合、すなわち、気筒間の空燃比が均一であることを前提とする要求増量が設定されている場合のみ、エンジン回転数毎に各気筒の燃料噴射量を適正に増減させる補正係数(気筒別噴射量補正係数)を設定し、各気筒の筒内混合気の空燃比が目標空燃比となるように個別に制御する。
【0123】
そして、ステップS18へ進むと、全体としての燃料噴射有効パルス幅Te_allを次式から算出する。
【0124】
Te_all←Kmr×Ginj×Kcon …(19)
Kmr:パルス幅誤差補正係数
Kcon:インジェクタ容量係数[sec/g]
ここで、パルス幅誤差補正係数Kmrは、インジェクタ25の動的な流量特性の非線型性の補正であり、本ルーチンでは、エンジン回転数Neと燃料噴射質量Ginjとに基づき、図22に示す二次元マップを補間計算付で参照して設定する。また、上記インジェクタ容量係数Kconは、インジェクタ25の静的質量流量特性の逆数であり、1グラムの燃料を0.1秒間に噴射するインジェクタでは、Kcon=0.1[sec/g]である。なお、このインジェクタ容量係数Kconは、本ルーチンでは固定値としているが、多種燃料に対応可能なFFVエンジン等で、燃料の比重や粘性が変化する場合には変数として用いる。
【0125】
次いで、ステップS19〜S22で、上記燃料噴射有効パルス幅Te_allを上記気筒別噴射量補正係数Ktn1〜Ktn4で補正して、気筒別燃料噴射有効パルス幅Te1〜Te4をそれぞれ設定する。
【0126】
その後、ステップS23へ進み、バッテリ電圧VBに基づき、一次元マップを補間計算付で参照し燃料噴射無駄パルス幅Ts_all[ms]を設定し、ステップS24で、気筒別燃料噴射無駄パルス幅Ts1〜Ts4を、上記燃料噴射無駄パルス幅Ts_allで設定してルーチンを抜ける。
【0127】
OS側では、上記気筒別燃料噴射有効パルス幅Te1〜Te4と上記気筒別燃料噴射無駄パルス幅Ts1〜Ts4とをそれぞれ加算して、燃料噴射パルス幅を気筒別に算出する。
【0128】
インジェクタ25に与える電圧パルスの幅(燃料噴射パルス幅)と、燃料噴射質量Ginjとの関係は、図23に示す通りであり、燃料噴射質量Ginjが決定されれば、基本的に、この燃料噴射質量Ginjにインジェクタ容量係数Kconを掛けることで上記有効燃料噴射パルス幅Teが求められ、この有効燃料噴射パルス幅Teに無効噴射パルス幅である燃料噴射無駄パルス幅Tsを加算することで燃料噴射パルス幅が算出される。
【0129】
本実施例では、燃料噴射質量Ginj分の燃料を1回で噴射するか、2回に分割して噴射するかはOS内部で決定されるため、上記気筒別燃料噴射有効パルス幅Te1〜Te4と上記気筒別燃料噴射無駄パルス幅Ts1〜Ts4とを、予め加算せずに別々にOSに渡し、このOS内部で噴射設定の直前に加算して、各インジェクタに与える燃料噴射パルス幅を算出している。こうすることで、OS内部で、燃料噴射質量Ginj分の燃料を2回に分割して噴射すると決定した場合でも、1/2の燃料噴射有効パルス幅Teに燃料噴射無駄パルス幅Tsを加算することで、1回当りの燃料噴射パルス幅を簡単に与えることができる。
【0130】
このように、本実施例によれば、例えば新しい燃料付着モデルを開発した際は、筒内吸入空気質量Gairを算出する前記(3)式、或は(10)式中に演算式を追加すれば良く、またインジェクタの流量が非線型であるならば燃料噴射有効パルス幅Te,燃料噴射無駄パルス幅Tsを補正するだけで良いことになる。その結果、ある運転領域での空燃比制御性に不具合が生じた場合に、どの部分を変更すべきかが明確となるばかりか、その変更が他の部分に影響を及ぼし難いため、ベース制御ソフトとしての活用が期待できる。
【0131】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、スロットル開度とエンジン回転数とに基づき静的な筒内吸入空気質量に相当する静的指標値を設定し、静的指標値に吸気チャンバによる遅れを想定した一次遅れ処理を施して動的な筒内吸入空気質量に相当する動的指標値を設定する。そして、更に動的指標値を加重平均して燃料付着による遅れ指標値を算出し、上記動的指標値から遅れ指標値を減算して、この差分に基づき燃料追加質量を設定する。そして、基本とする吸入燃料質量に、動的指標値と遅れ指標値との差分に基づいて設定した燃料追加質量を加算して1サイクル当りの燃料噴射量を設定するので、従来の燃料付着モデルを用いた場合に比し、応答遅れや、ノイズの影響を受けることが無く、過渡時の燃料追加質量を高精度に求めることができて、信頼性の高い空燃比制御性能を得ることができる。
特に、燃料付着補正については、スロットル開度とエンジン回転数とに基づいて設定した静的な筒内吸入空気質量に相当する静的指標値に対し、一次遅れ処理を施して、更に加重平均処理を施し、一次遅れ処理により設定した動的な筒内吸入空気質量に相当する動的指標値から、該動的指標値を加重平均処理して設定した遅れ指標値を減算し、この差分に基づき燃料追加質量を設定するので、マップやテーブル、或いは、マップやテーブルに相当する補正回路等を必要とせず、スロットル開度とエンジン回転数のみから、非常に簡素な処理で、応答遅れを解消して、信頼性の高い高精度な燃料付着補正を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】10ms毎ジョブで実行される燃料噴射有効パルス幅及び燃料噴射無駄パルス幅設定ルーチンを示すフローチャート
【図2】10ms毎ジョブで実行される燃料噴射有効パルス幅及び燃料噴射無駄パルス幅設定ルーチンを示すフローチャート(続き)
【図3】10ms毎ジョブで実行される燃料噴射有効パルス幅及び燃料噴射無駄パルス幅設定ルーチンを示すフローチャート(続き)
【図4】他の態様による燃料噴射有効パルス幅及び燃料噴射無駄パルス幅設定ルーチンの要部を示すフローチャート
【図5】10ms毎ジョブで実行される筒内吸入空気質量設定ルーチンを示すフローチャート
【図6】50ms毎ジョブで実行される係数設定ルーチンを示すフローチャート
【図7】50ms毎ジョブで実行される要求当量比設定ルーチンを示すフローチャート
【図8】50ms毎ジョブで実行される要求当量比設定ルーチンを示すフローチャート(続き)
【図9】50ms毎ジョブで実行される要求当量比設定ルーチンを示すフローチャート(続き)
【図10】他の態様による4ms毎ジョブ実行される筒内吸入空気質量設定ルーチンを示すフローチャート
【図11】筒内吸入空気質量と吸気温度との関係を示す特性図
【図12】理論吸気質量と筒内吸入空気質量との関係を示す特性図
【図13】吸入空気量誤差補正係数を設定する二次元マップの概念図
【図14】過渡時における吸入空気量センサの出力電圧を示す特性図
【図15】基本可燃限界当量比を設定する二次元マップの概念図
【図16】最大出力当量比の増量領域を示す特性図
【図17】基本排気ガス温度限界当量比を設定する二次元マップの特性図
【図18】燃費率最良当量比を設定する二次元マップの特性図
【図19】静的な筒内吸入空気質量に相当する指標値を設定する二次元マップの概念図
【図20】静的指標値と動的指標値とこの動的指標値に対する遅れ指標値との関係を示す特性図
【図21】過渡運転時のリーンスパイクと増量パターンとの関係を示す特性図
【図22】パルス幅誤差補正係数を設定する二次元マップの特性図
【図23】燃料噴射パルス幅と燃料噴射質量との関係を示す特性図
【図24】エンジンの吸気系モデルを示す説明図
【図25】エンジンの全体構成図
【図26】クランクロータとクランク角センサの正面図
【図27】カムロータとカム角センサの正面図
【図28】電子制御装置の回路構成図
【符号の説明】
6A…吸気チャンバ
Gair…吸入空気質量
Gacc…燃料追加質量
Gfuel…吸入燃料質量
Ginj…燃料噴射質量
Macc…静的指標値
Sacc…動的指標値
Tacc…遅れ指標値
α…スロットル開度

Claims (1)

  1. 筒内への1吸気行程当りの吸入空気質量を基本として目標空燃比に対応する筒内への1吸気行程当りの吸入燃料質量を設定するエンジンの空燃比制御方法において、
    スロットル開度とエンジン回転数とに基づき静的な筒内吸入空気質量に相当する静的指標値を設定し、
    上記静的指標値に吸気チャンバによる遅れを想定した一次遅れ処理を施して動的な筒内吸入空気質量に相当する動的指標値を設定し、
    更に上記動的指標値を加重平均して燃料付着による遅れ指標値を算出し、
    上記動的指標値から上記遅れ指標値を減算して、この差分に基づいて燃料追加質量を設定し、
    上記燃料追加質量を上記吸入燃料質量に加算して1サイクル当りの燃料噴射量を設定することを特徴とするエンジンの空燃比制御方法。
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