JP3733669B2 - Control device for internal combustion engine - 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、電子制御スロットル弁を備えた内燃機関において吸入空気量を先行させ、燃料供給量をこれに追従させて空燃比を制御する方式の内燃機関の制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、電子制御燃料噴射制御方式の内燃機関においては、吸入空気量を計測し、それに見合う燃料噴射量を演算して空燃比を調節している。この空燃比の調節方法は、吸入空気量はアクセルペダルの踏込み量に応じて決まるという考え方に基づいている。このため、機関の加速時や減速時等のように吸入空気量の変化が大きい時には、機関を制御するコンピュータにおける吸入空気量の計測誤差が生じるという問題があった。
【0003】
そこで、アクセルペダルの踏込み量に応じてスロットル弁を電気的なアクチュエータを用いて制御する電子制御スロットル弁を使用し、噴射燃料量を先に決定し、後から吸入空気量を追従させる燃料供給量先行、空気量追従制御方式のエンジン制御装置がある(特公平7−33781号公報参照)。
特公平7−33781号公報に記載のエンジン制御装置には、アクセルペダルの操作位置に応じて燃料供給量とスロットル弁開度を調節するようにした燃料供給量先行、空気量追従制御方式のエンジンにおいて、燃料供給量の制御に対して、アクセルペダルの操作位置とエンジンの回転速度に応じて、燃料が実際にシリンダに吸入されるまでの時間を所定遅れ時間として、スロットル弁の開度制御にこの所定時間の遅れ時間を設定する技術が開示されている。
【0004】
この遅れ時間の設定により、噴射された燃料が実際にシリンダ内に吸入されるまでの時間が考慮され、シリンダ内における燃料量と吸入空気量とが精密に制御されることになる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特公平7−33781号公報に記載のエンジン制御装置においては、実際には、頻繁にエンジンの運転条件が変化するため、前述のように演算された遅れ時間はエンジン回転数、燃料噴射量の変化によって変動する時間であり、特に急激なアクセルペダルの操作時には変動量が過大であるため、スロットル弁が応答しきれない場合が発生し、毎回のスロットル弁開度制御に当てはめてスロットル弁開度を目標値に制御することが困難であり、正確な空燃比を常に得ることができないという問題点があった。
【0006】
そこで、本発明は、吸入空気量を先に決定し、燃料供給量をこれに追従させて空燃比を制御する空気量先行、燃料供給量追従制御方式を採用し、電子制御スロットル弁装置に本質的に内在するスロットル弁開度の目標値に対する実際の制御値の遅れに鑑み、スロットル弁開度の目標値に対する制御の遅れを積極的に設定し、この遅れに対して燃料供給時期を対応させることにより、常に正確な空燃比を得ることができる内燃機関の制御装置を提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成する本発明の原理的な構成が図1に示される。本発明に記載の内燃機関の制御装置は、アクセルペダルの操作位置に応じてスロットル弁開度と燃料供給量を制御するようにした空気量先行燃料追従制御方式の内燃機関の制御装置であって、アクセルペダルの操作位置に応じたスロットル弁開度の目標値を演算するスロットル弁開度目標値演算手段と、演算されたスロットル弁開度目標値を一時的に記憶するスロットル弁開度目標値記憶手段と、記憶されたスロットル弁開度目標値を記憶した時点から所定時間の経過後にスロットル弁開度制御値として出力するスロットル弁開度制御値出力手段と、このスロットル弁開度制御値に従ってスロットル弁を開閉駆動するスロットル弁駆動手段と、機関の運転状態に応じて燃料噴射気筒の吸気弁閉弁時期を演算する吸気弁閉弁時期演算手段と、この吸気弁閉弁時期よりも所定時間経過後の時期が後の場合、記憶されたスロットル弁開度目標値から、燃料噴射気筒の吸気弁閉弁時期におけるスロットル開度を演算する吸気弁閉弁時の第1のスロットル弁開度演算手段と、吸気弁閉弁時期よりも所定時間経過後の時期が前の場合、記憶されたスロットル弁開度目標値から、所定時間内のスロットル開度の推移を演算し、この推移に基づいて、燃料噴射気筒の吸気弁閉弁時期におけるスロットル開度を演算する吸気弁閉弁時の第2のスロットル弁開度演算手段と、吸気弁閉弁時期迄のスロットル弁開度の推移に応じた吸入空気量と目標空燃比とから、燃料供給量を演算する燃料供給量演算手段と、演算された燃料供給量の燃料を供給する燃料供給手段とから構成されることを特徴としている。
【0008】
本発明の内燃機関の制御装置によれば、アクセルペダルの操作位置に応じてスロットル弁開度の目標値が演算され、演算されたスロットル弁開度目標値が一時的に記憶され、記憶されたスロットル弁開度目標値が記憶した時点から所定時間の経過後にスロットル弁開度制御値として出力され、機関の運転状態に応じた吸気弁閉弁時期が演算され、吸気弁閉弁時期よりも所定時間経過後の時期が後の場合は、記憶されたスロットル弁開度目標値と燃料噴射気筒の吸気弁閉弁時期とから吸気弁閉弁時期におけるスロットル開度が演算され、吸気弁閉弁時期よりも所定時間経過後の時期が前の場合は、所定時間内のスロットル開度の推移から燃料噴射気筒の吸気弁閉弁時期におけるスロットル開度が演算され、吸気弁閉弁時期迄のスロットル弁開度の推移に応じた吸入空気量と目標空燃比とから燃料供給量が演算され、演算された燃料供給量の燃料が供給される。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下添付図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。
図2には本発明の一実施例の制御装置を備えた電子制御燃料噴射式の多気筒内燃機関1が概略的に示されている。図2において、内燃機関1の吸気通路2には図示しないエアクリーナの下流側にスロットル弁3が設けられており、このスロットル弁3の軸の一端にはこのスロットル弁3を駆動するアクチュエータ4が設けられており、他端にはスロットル弁3の開度を検出するスロットル開度センサ5が設けられている。即ち、この実施例のスロットル弁3はアクチュエータ4によって開閉駆動される電子制御スロットルである。
【0010】
スロットル弁3の下流側の吸気通路2にはサージタンク6があり、このサージタンク6内には吸気の圧力を検出する圧力センサ7が設けられている。更に、サージタンク6の下流側には、各気筒毎に燃料供給系から加圧燃料を吸気ポートへ供給するための燃料噴射弁8が設けられている。スロットル開度センサ5の出力と圧力センサ7の出力は、マイクロコンピュータを内蔵したECU(エンジン・コントロール・ユニット)10に入力される。
【0011】
また、内燃機関1のシリンダブロックの冷却水通路9には、冷却水の温度を検出するための水温センサ11が設けられている。水温センサ11は冷却水の温度に応じたアナログ電圧の電気信号を発生する。排気通路12には、排気ガス中の3つの有害成分HC,CO,NOxを同時に浄化する三元触媒コンバータ(図示せず)が設けられており、この触媒コンバータの上流側の排気通路12には、空燃比センサの一種であるO2 センサ13が設けられている。O2 センサ13は排気ガス中の酸素成分濃度に応じて電気信号を発生する。これら水温センサ11及びO2 センサ13の出力はECU10に入力される。
【0012】
更に、このECU10には、アクセルペダル14に取り付けられたアクセル踏込量センサ15からのアクセル踏込量信号や、図示しないディストリビュータに取付けられたクランク角センサからの機関回転数Neが入力される。
以上のような構成において、図示しないキースイッチがオンされると、ECU10が通電されてプログラムが起動し、各センサからの出力を取り込み、スロットル弁3を開閉するアクチュエータ4や燃料噴射弁8、或いはその他のアクチュエータを制御する。ECU10には、各種センサからのアナログ信号をディジタル信号に変換するA/D変換器が含まれ、各種センサからの入力ディジタル信号や各アクチュエータを駆動する信号が出入りする入出力インタフェース101、演算処理を行うCPU102、ROM103やRAM104等のメモリや、クロック105等が設けられており、これらはバス106で相互に接続されている。ECU10の構成については公知であるので、これ以上の説明を省略する。
【0013】
以上のように構成された内燃機関の制御装置において、本発明では、運転者による現在のアクセルペダルの操作量に対して、電子制御スロットルにおけるスロットル弁のこのアクセルペダルの操作量に対する開度を所定時間だけ記憶してその出力を保留し、所定時間後に電子制御スロットルのアクチュエータに出力するようにする。従って、現在のアクセルペダルの操作量は、極僅かな所定時間だけ意図的に遅延させられて電子制御スロットルのアクチュエータに伝えられ、スロットル弁はこの所定時間だけ遅れてアクセルペダルの操作量に追従する。
【0014】
この発明では、この出力の保留中に次の燃料噴射気筒の吸気弁の閉弁時刻を演算する。一方、吸気弁の閉弁時刻は、機関の回転数に応じて、現在の時間より意図的な遅延時間である所定時間が経過する前になる時と後になる時がある。
いずれの場合も、演算した吸気弁の閉弁時刻におけるスロットル弁のアクセル操作量に対する開度を、記憶したスロットル弁の開度値の中から読み出し、このスロットル弁開度に応じた燃料噴射量を演算する。そして、演算したこの燃料噴射量を、吸気弁の閉弁時刻よりも前の所定のタイミングにおいて、つまり所定のクランク角位置であることを検出して、噴射している。
【0015】
即ち、空気量先行、燃料追従方式の空燃比の制御方式では、スロットル弁3のアクセルペダルの操作量に対する追従を意図的に遅らせた分だけ、これからスロットル弁3がどのように動くかが把握でき、それに合わせて吸入空気量がどのように推移するかを計算で求めることができる。この結果、次の燃料噴射気筒の吸気弁の閉弁時期におけるスロットル弁3の開度から吸入空気量が分かるので、この吸入空気量に合わせた燃料を、次の燃料噴射気筒の吸気弁の閉弁時刻を演算した時点で算出することができ、この算出した燃料を吸気弁の閉弁時刻よりも前の所定のタイミング、つまり所定のクランク角位置であることを検出して噴射できるのである。
【0016】
この意図的な遅延時間は、内燃機関1において多用される所定の回転数Neより大きい時に、燃料噴射量を演算する時点から次の燃料噴射気筒の吸気弁が閉弁する時刻迄の時間よりも長くなるような値を予め計算してECU10のメモリ内に格納しておき、必要に応じて読み出せば良い。
以下に、この発明の制御手順の一例を図3,図4に示すフローチャートを用いて説明する。図3の燃料噴射演算ルーチンは所定クランク角毎に実行され、図4の噴射制御ルーチンは所定時間毎に実行される。
【0017】
なお、スロットル弁開度の制御値に対して、スロットル弁3を駆動するアクチュエータ4にはどうしても応答性の遅れがある。アクチュエータ4に応答性の遅れがある場合には、アクセルペダルの踏込量(アクセル開度目標値)が直線的に変化しても、スロットル弁の目標開度がこれに遅れて追従する。この場合には、所定時間Dだけ遅延させたスロットル弁開度は、アクチュエータ4がタイムラグなく応答する場合に比べて小さくなる。よって、この場合には、燃料噴射気筒(例えば第1気筒♯1)の吸気弁の閉弁時におけるスロットル弁の開度を小さめに推定する必要がある。一方、時刻Tにおけるアクチュエータ4の駆動は、アクセルペダルの踏込量に対して遅れのない目標値によって行わねばならない。
【0018】
図3のステップ301ではまず、内燃機関1の運転状態の検出を行う。この運転状態の検出は、機関回転数Ne、吸気圧力P、アクセルペダルの踏込み量(操作位置)等の運転状態パラメータを各種センサからECU10に記憶することによって行うことができる。続くステップ302では、記憶したアクセルペダルの操作位置に対応するスロットル弁開度の目標値を演算する。そして、ステップ304ではステップ303で演算したスロットル弁開度の目標値をECU10のRAM104に記憶する。
【0019】
続くステップ304では、ステップ303で演算したスロットル弁開度の目標値に基づいて、アクチュエータの応答特性からスロットル弁開度の推定値(推定開度)を演算して求める。そして、ステップ305においては演算したスロットル弁開度の推定開度をECU10のRAM104に記憶する。
ステップ306ではスロットル弁駆動の遅延時間DをECU10のメモリ内から読み出す演算を行い、続くステップ307ではステップ301で検出した機関の運転状態から、次の燃料噴射気筒の吸気弁の閉弁時刻Tを演算する。
【0020】
続くステップ308では、ステップ306で演算したスロットル弁駆動の遅延時間Dだけ現在の時刻t0から経過した時刻と、次の燃料噴射気筒の吸気弁の閉弁時刻Tのどちらが早いかを判定する。そして、現在の時刻t0から遅延時間Dだけ経過した時刻が次の燃料噴射気筒の吸気弁の閉弁時刻Tよりも遅い場合(YES)はステップ309に進み、現在の時刻t0から遅延時間Dだけ経過した時刻が次の燃料噴射気筒の吸気弁の閉弁時刻Tよりも早い場合(NO)はステップ310に進む。
【0021】
現在の時刻t0から遅延時間Dだけ経過した時刻が次の燃料噴射気筒の吸気弁の閉弁時刻Tよりも遅い場合に進むステップ309では、ステップ305で記憶したスロットル弁開度の推定開度と吸気弁の閉弁時刻Tとから、燃料噴射気筒の吸気弁の閉弁時におけるスロットル弁3の開度を演算する。即ち、吸気弁の閉弁時刻Tから所定遅延時間Dだけ前の時刻tnを演算して求め、この時刻tnにおけるスロットル弁開度の推定値を、吸気弁の閉弁時刻Tにおけるスロットル弁開度とする。このようにして、吸気弁の閉弁時刻Tにおけるスロットル弁3の開度を演算した後は、ステップ311に進む。
【0022】
一方、現在の時刻t0から遅延時間Dだけ経過した時刻が次の燃料噴射気筒の吸気弁の閉弁時刻Tよりも早い場合に進むステップ310では、ステップ305で記憶したスロットル弁開度の推定開度と吸気弁の閉弁時刻T、及び遅延時間Dとから、燃料噴射気筒の吸気弁の閉弁時におけるスロットル弁3の開度を演算する。即ち、現在の時間t0から所定遅延時間Dだけ後の時刻trを演算して求め、この時刻trと吸気弁の閉弁時刻Tとの時間差Eを求める。そして、現在の時刻toからこの時間差Eだけ経過した時刻tpにおけるスロットル弁開度の推定値を、吸気弁の閉弁時刻Tにおけるスロットル弁開度とする。このようにして、吸気弁の閉弁時刻Tにおけるスロットル弁3の開度を演算した後は、ステップ311に進む。
【0023】
ステップ311では吸気弁の閉弁時期Tまでのスロットル弁開度推移に応じた吸入空気量と燃料供給量を演算し、ステップ312において燃料供給量の演算結果に応じて燃料を供給してこのルーチンを終了する。なお、ステップ311における吸気弁の閉弁時期Tまでのスロットル弁開度推移に応じた吸入空気量の演算については後述する。
【0024】
一方、図4に示す噴射制御ルーチンでは、ステップ401において所定時間毎に吸気弁の閉弁時刻Tよりも前の所定タイミングを表す所定クランク角位置か否かが判定される。そして、所定クランク角位置である時にはステップ402に進み、この所定クランク角位置に対応する燃料噴射量をECU10のRAM104から読み出し、この燃料噴射量を噴射弁8から噴射してステップ403に進む。一方、ステップ401で所定クランク角位置ではない時にはそのままステップ403に進む。
【0025】
ステップ403では、現在の時刻から所定時間Dだけ前にECU10のRAM104に記憶したスロットル弁開度の目標値を読み出し、これをスロットル弁開度の制御値としてアクチュエータ4に出力する。アクチュエータ4はこのスロットル弁開度の制御値に基づいてステップ404においてスロットル弁3を開閉駆動する。
【0026】
図5は、図3,図4の制御手順における現在の時刻t0から遅延時間Dだけ経過した時刻が、次の燃料噴射気筒の吸気弁の閉弁時刻Tよりも遅い場合の、アクセル開度の目標値、スロットル開度、及び吸気弁の閉弁時期の関係を時間の経過と共に示す説明図である。
ここでは、機関の第1気筒♯1の燃料噴射量を算出する時点を現在の時刻t0とし、スロットル弁開度の目標値を遅延する時間をDとし、機関の第1気筒♯1の吸気弁の閉弁時刻をTとする。
【0027】
現在の時刻t0では、内燃機関1の機関回転数Ne、吸気圧力P、アクセルペダルの踏込み量(操作位置)等の運転状態パラメータは各種センサからECU10に取り込まてれおり、現在のアクセルペダルの操作位置に応じたスロットル弁の目標開度(目標値)を演算すると共に、機関の運転状態から第1気筒♯1の吸気行程の終了時点、即ち、吸気弁の閉弁時刻Tを演算する。演算したスロットル弁の目標開度はECU10のRAM104に記憶しておく。
【0028】
現在の時刻t0で第1気筒♯1の閉弁時刻Tを求めた後は、時刻Tから所定遅延時間Dだけ前の時刻tnを演算し、この時刻tnにおけるスロットル弁の推定開度を演算する。時刻tnにおけるスロットル弁の推定開度は既にECU10のRAM104に記憶されているものである。
この時刻tnにおけるスロットル弁の推定開度が、吸気弁の閉弁時刻Tにおけるスロットル弁の推定開度である。このようにして、吸気弁の閉弁時刻Tにおけるスロットル弁3の推定開度が演算されると、それに応じた空気量から燃料噴射量を演算することができる。時刻t1における第2気筒♯2についても、第1気筒♯1と同様の方法で、第2気筒♯2の吸気弁の閉弁時刻T1における燃料噴射量を演算することができる。
【0029】
図6は、図3,図4の制御手順における現在の時刻t0から遅延時間Dだけ経過した時刻が、次の燃料噴射気筒の吸気弁の閉弁時刻Tよりも早い場合の、アクセル開度の目標値、スロットル開度、及び吸気弁の閉弁時期の関係を時間の経過と共に示す説明図である。
図5と同様に、機関の第1気筒♯1の燃料噴射量を算出する時点が現在の時刻t0であり、Dがスロットル弁開度の目標値の遅延時間であり、Tが機関の第1気筒♯1の吸気弁の閉弁時刻である。現在の時刻t0では、同様に機関の運転状態から、アクセルペダルの操作位置に応じたスロットル弁の目標開度を演算すると共に、第1気筒♯1の吸気弁の閉弁時刻Tを演算する。演算したスロットル弁の目標開度はECU10のRAM104に記憶しておく。
【0030】
また、時刻t0では現在の時刻t0から所定遅延時間Dだけ後の時刻trを演算して求め、この時刻trと吸気弁の閉弁時刻Tとの時間差Eを求める。そして、現在の時刻toからこの時間差Eだけ経過した時刻tpにおけるスロットル弁開度の推定値を演算する。この時刻tpにおけるスロットル弁の推定開度が、吸気弁の閉弁時刻Tにおけるスロットル弁の推定開度である。
【0031】
このようにして、吸気弁の閉弁時刻Tにおけるスロットル弁3の推定開度が演算されると、それに応じた空気量から燃料噴射量を演算することができる。
以上の制御において、現在の時刻t0までのスロットル弁開度はアクセルペダルの操作位置の推移から知ることができる。従って、現在の時刻t0から遅延時間Dだけ経過した時刻が、次の燃料噴射気筒の吸気弁の閉弁時刻Tよりも遅い場合(図5の制御)は、今までのアクセル開度の推移からスロットル弁開度の推移を知ることが出来るので、吸気弁の閉弁時刻Tにおける吸入空気量を演算することができる。
【0032】
一方、現在の時刻t0から遅延時間Dだけ経過した時刻が、次の燃料噴射気筒の吸気弁の閉弁時刻Tよりも早い場合(図6の制御)は、今までのアクセルペダルの操作位置の推移から現在の時刻t0までのスロットル弁開度の推移は分かっているが、吸気弁の閉弁時刻Tにおけるスロットル弁の推定開度、即ち、時刻tpにおけるスロットル弁の推定開度は分かっていない。しかしながら、電子制御スロットル弁はアクセルペダルの操作量に対して急激な動きをすることができず、また、応答遅れがあるので、その動きはある程度予測することができる。よって、本発明では、図6のように、現在の時刻t0から時刻tpまでのスロットル弁の推定開度の推移を、実線で示す現在時刻t0までのスロットル弁の推定開度の推移に基づいて、点線で示すように推定しているのである。
【0033】
そして、時刻t0から時刻tpまでのスロットル開度の推定値の推移が演算できれば、図5の場合と同様に、その特性から吸気弁の閉弁時刻Tまでの吸入空気量を求めることができる。
ところが、現実的には、スロットル弁開度の推定値の推移と、吸気弁の閉弁時刻Tのスロットル弁の推定開度が分かっても、吸気弁の閉弁時刻Tまでの吸入空気量は決まらない。この理由は、スロットル弁が開いても、吸入空気量には応答遅れがあるので、これを考える必要があるからであり、図6に網点で示すように、実際の吸入空気量は点線で示すスロットル弁の推定開度による吸入空気量よりも少ないと考えられる。従って、本発明では、スロットル弁がどのように開いてきているかの推移から、吸入空気量の応答遅れを計算して、現実的な吸入空気量の推移を演算する。この演算の方法を図7〜図9を用いて説明する。
【0034】
図7は図3で説明した制御手順のステップ311における、吸気弁の閉弁時刻Tまでのスロットル弁の推定開度の推移に応じた吸入空気量を演算する手順を示すフローチャートであり、この制御は8ms毎に実行される。
ステップ701では、演算されたスロットル推定開度と機関回転数Neを基にして、各時間毎のスロットル推定開度における定常状態における機関1回転当たりの吸入空気量GNTAF(応答遅れを考慮しない値)を演算する。この演算は、予め実験によって求められた図8(a) に示すマップを用いて以下の式、
GNTAF=map(TAF,Ne)
によって演算することができる。ここで、TAFは、図6の時刻tpにおけるスロットル弁の推定開度である。
【0035】
続くステップ702では、演算された定常状態における機関1回転当たりの吸入空気量GNTAFと、機関回転数Neとにより、吸入空気量の応答時定数TIMCFを演算する。この演算は、予め実験によって求められた図8(b) に示すマップを用いて、以下の式、
TIMCF=map(GNTAF,Ne)
によって演算することができる。
【0036】
次のステップ703では、前回の機関1回転当たりの吸入空気量GNCRTFi-1 と、今回ステップ701で演算した定常状態における機関1回転当たりの吸入空気量GNTAFと、ステップ702で演算した吸入空気量の応答時定数TIMCFとにより、吸入空気の応答遅れを考慮した機関1回転当たりの吸入空気量GNCRTFi を演算する。この演算は以下の式、
GNCRTFi =GNCRTFi-1 + ( GNTAF−GNCRTFi-1)×TIMCF
によって演算することができる。
【0037】
図9(a) ,(b) は以上の演算の手順を図示したものである。図9(a) ,(b) に示される縦の線の間隔は8msを示している。
今、図9(b) に示すように、スロットル弁の推定開度が次第に大きくなっていく状態を考える。この時は、スロットル弁推定開度の推移の変化量が一定に変化すると仮定して、現在の時刻t0から3つ前のデータ(8ms×3だけ前のデータ)からのスロットル弁推定開度の推移の変化量ΔTAfwd1, ΔTAfwd2, 及びΔTAfwd3を調べる。そして、これらのデータを基にして時刻t0以降のスロットル弁推定開度の推移の変化量を推定して時刻tpにおけるスロットル弁の推定開度を演算することができる。
【0038】
なお、時刻tpにおけるスロットル弁の推定開度は、スロットル弁の開度の変化から求める以外にも、アクセルペダルの踏込み量の変化から求めることもできる。即ち、現在の時刻t0から3つ前のアクセルペダル踏込み量のデータを基にして時刻tpのアクセルペダルの踏込み量を推定し、この推定値からスロットル弁の推定開度を求めることもできる。
【0039】
今、図9(a) において、符号Xで示す点が図9(b) の時刻tpにおけるスロットル弁の推定開度であったとする。この点Xにおけるスロットル弁の推定開度により、図9(b) に示す機関1回転当たりの吸入空気量GNTAF(吸入空気量の応答遅れを考慮しない値)が求められる。このようにして、機関1回転当たりの吸入空気量GNTAFが求められると、応答遅れを考慮しない吸入空気量GNTAFから応答遅れを考慮した前回の吸入空気量GNCRTFi-1 を引いた値に応答時定数TIMCFを乗算した値に、前回の応答遅れを考慮した吸入空気量GNCRTFi-1 を加えたものとして、吸入空気の応答遅れを考慮した機関1回転当たりの吸入空気量GNCRTFi が求められる。
【0040】
最後に、燃料噴射量の算出時点、即ち、燃料の噴射を実行する現在の時刻t0から吸気弁の閉弁時刻Tまでの時間TFWDの算出方法について説明する。この現在の時刻t0から吸気弁の閉弁時刻Tまでの時間TFWDは、図6に示すように、燃料噴射時間TAU(ms)に目標燃料到達終了タイミングTFWEを加えたものである。この目標燃料到達終了タイミングTFWEは、電子制御燃料噴射装置を備えた内燃機関では所定値、例えば、吸気弁の閉弁時点よりも260°CAだけ前になるように燃料噴射タイミングが制御されているので、以下の式で表される。
【0041】
TFWE=T90×260/90(ms)
ここで、T90はクランク角にして90°だけ回転するのに要する所要時間であり、機関の回転数Neによって変化する値であり、260は噴射タイミングから吸気弁の閉弁までのクランク角度である。260°CAを90°CAで割り、90°CA回転するのに要する時間を乗算し、これに噴射時間を加えると、現在の時点t0から吸気弁の閉弁までのクランク角度を回転するのに必要な時間が演算される。なお、実際にはこのTFWDの値に燃料の輸送遅れ時間TBが加算されることになる。
【0042】
以上説明したように、本発明によれば、スロットル弁開度の制御に所定の遅延時間を設定することにより、逆に所定時間の間のスロットル弁開度の挙動を先に把握でき、吸気弁閉弁時までの空気量を求めることにより、必要な燃料供給量が把握でき、正確な空燃比制御を得ることができる。
【0043】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、スロットル弁開度の制御に所定の遅延時間を設定することにより、逆に所定時間の間のスロットル弁開度の挙動を先に把握できることになり、アクセルペダルの操作に対して、過大なタイムラグを必要とすることなく、吸気弁の閉弁時刻におけるスロットル弁の開度を正確に演算することができるため、運転性の悪化を生じることなく空燃比を目標値に一致させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の内燃機関の制御装置の構成を示す原理構成図である。
【図2】本発明の内燃機関の制御装置の一実施例の全体構成を示す構成図である。
【図3】本発明の内燃機関の制御装置における燃料噴射量の演算手順の一例を示すフローチャートである。
【図4】本発明の内燃機関の制御装置における噴射制御手順を示すフローチャートである。
【図5】図3の制御手順において、現在の時刻から遅延時間だけ経過した時刻が、次の燃料噴射気筒の吸気弁の閉弁時刻よりも遅い場合の、アクセル開度、スロットル開度、及び吸気弁の閉弁時期の関係を時間の経過と共に示す説明図である。
【図6】図3の制御手順において、現在の時刻から遅延時間だけ経過した時刻が、次の燃料噴射気筒の吸気弁の閉弁時刻よりも早い場合の、アクセル開度、スロットル開度、及び吸気弁の閉弁時期の関係を時間の経過と共に示す説明図である。
【図7】図3の制御手順における吸入空気量の演算手順の一例を示すフローチャートである。
【図8】 (a) は図7の制御手順における機関1回転当たりの吸入空気量を演算するのに使用するマップ図であり、(b) は図7の制御手順における吸入空気量の応答時定数を演算するのに使用するマップ図である。
【図9】 (a) はスロットル弁の推定開度から演算された所定時間後の吸入空気量を演算する手順を図示した説明図、(b) は現在の時点から吸気弁の閉弁時刻に対応する時刻のスロットル弁の推定開度を演算する方法を説明する説明図である。
【符号の説明】
1…内燃機関
2…吸気通路
3…スロットル弁
4…アクチュエータ
5…スロットル開度センサ
7…圧力センサ
8…燃料噴射弁
10…ECU(エンジン・コントロール・ユニット)
11…水温センサ
12…排気通路
13…O2 センサ
14…アクセルペダル
15…アクセル踏込量センサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
BACKGROUND OF THE
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in an internal combustion engine of an electronically controlled fuel injection control system, an intake air amount is measured, and a fuel injection amount corresponding to the intake air amount is calculated to adjust an air-fuel ratio. This method of adjusting the air-fuel ratio is based on the idea that the intake air amount is determined according to the depression amount of the accelerator pedal. For this reason, when the change in the intake air amount is large, such as when the engine is accelerating or decelerating, there is a problem that a measurement error of the intake air amount occurs in the computer that controls the engine.
[0003]
Therefore, an electronically controlled throttle valve that controls the throttle valve using an electric actuator according to the amount of depression of the accelerator pedal is used to determine the amount of fuel to be injected first, and the fuel supply amount that follows the intake air amount later There is an engine control device of the preceding, air amount follow-up control system (see Japanese Patent Publication No. 7-33781).
The engine control device described in Japanese Examined Patent Publication No. 7-33781 includes a fuel supply amount preceding and air amount tracking control type engine in which the fuel supply amount and the throttle valve opening are adjusted according to the operation position of the accelerator pedal. In the control of the fuel supply amount, the opening time of the throttle valve is controlled by setting the time until the fuel is actually drawn into the cylinder as a predetermined delay time according to the operation position of the accelerator pedal and the rotational speed of the engine. A technique for setting the delay time of the predetermined time is disclosed.
[0004]
By setting the delay time, the time until the injected fuel is actually sucked into the cylinder is taken into consideration, and the fuel amount and the intake air amount in the cylinder are precisely controlled.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the engine control device described in Japanese Examined Patent Publication No. 7-33781, since the engine operating conditions frequently change in practice, the delay time calculated as described above is the engine speed and the fuel injection amount. This is a time that fluctuates due to changes in the throttle valve, and the amount of fluctuation is particularly large when the accelerator pedal is operated suddenly. It is difficult to control the degree to the target value, and there is a problem that an accurate air-fuel ratio cannot always be obtained.
[0006]
Therefore, the present invention adopts an air amount preceding and fuel supply amount tracking control method in which the intake air amount is determined first and the fuel supply amount follows this to control the air-fuel ratio, and the electronic control throttle valve device is essential. In view of the actual control value delay with respect to the inherent throttle valve opening target value, the control delay with respect to the throttle valve opening target value is positively set, and the fuel supply timing is made to correspond to this delay. Accordingly, an object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine that can always obtain an accurate air-fuel ratio.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
A basic configuration of the present invention for achieving the above object is shown in FIG. An internal combustion engine control apparatus according to the present invention is an internal combustion engine control apparatus of an air amount preceding fuel follow-up control system that controls a throttle valve opening and a fuel supply amount in accordance with an operation position of an accelerator pedal. , A throttle valve opening target value calculating means for calculating a target value of the throttle valve opening corresponding to the operation position of the accelerator pedal, and the calculated throttle valve opening target value Temporarily Throttle valve opening target value storage means for storing, and stored throttle valve opening target value From the time you remember Throttle valve opening control value output means for outputting as a throttle valve opening control value after elapse of a predetermined time, throttle valve driving means for opening and closing the throttle valve according to the throttle valve opening control value, and depending on the operating state of the engine Intake valve closing timing calculating means for calculating the intake valve closing timing of the fuel injection cylinder, and the intake valve closing timing than Predetermined time The time after the later A first throttle valve opening calculating means for closing the intake valve for calculating the throttle opening at the intake valve closing timing of the fuel injection cylinder from the stored throttle valve opening target value, and the intake valve closing season than Predetermined time The time after the previous In this case, an intake valve that calculates the throttle opening degree within a predetermined time from the stored throttle valve opening target value and calculates the throttle opening degree at the closing timing of the intake valve of the fuel injection cylinder based on this change. Second throttle valve opening calculation means at the time of valve closing, and intake valve closing timing Until Throttle valve opening Transition of The fuel supply amount calculation means for calculating the fuel supply amount from the intake air amount and the target air-fuel ratio according to the fuel consumption, and the fuel supply means for supplying the calculated fuel supply amount of fuel .
[0008]
According to the control device for an internal combustion engine of the present invention, the target value of the throttle valve opening is calculated according to the operation position of the accelerator pedal, and the calculated throttle valve opening target value is calculated. Temporarily The stored throttle valve opening target value is stored From the time you remember It is output as the throttle valve opening control value after the lapse of a predetermined time, and the intake valve closing timing is calculated according to the engine operating state, and the intake valve closing timing is calculated. than Predetermined time The time after the later In this case, the throttle opening at the intake valve closing timing is calculated from the stored throttle valve opening target value and the intake valve closing timing of the fuel injection cylinder, and the intake valve closing timing is calculated. than Predetermined time The time after the previous In this case, the throttle opening at the intake valve closing timing of the fuel injection cylinder is calculated from the transition of the throttle opening within a predetermined time, and the intake valve closing timing is calculated. Until Throttle valve opening Transition of The fuel supply amount is calculated from the intake air amount corresponding to the target air-fuel ratio and the target air-fuel ratio, and the calculated fuel supply amount of fuel is supplied.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 2 schematically shows an electronically controlled fuel injection type multi-cylinder
[0010]
A
[0011]
A
[0012]
Further, the
In the configuration as described above, when a key switch (not shown) is turned on, the
[0013]
In the control apparatus for an internal combustion engine configured as described above, in the present invention, the opening degree of the throttle valve in the electronically controlled throttle with respect to the operation amount of the accelerator pedal is predetermined with respect to the current operation amount of the accelerator pedal by the driver. Only the time is stored and the output is suspended, and the output is output to the actuator of the electronically controlled throttle after a predetermined time. Therefore, the current operation amount of the accelerator pedal is intentionally delayed by a very short predetermined time and transmitted to the actuator of the electronic control throttle, and the throttle valve follows the operation amount of the accelerator pedal with a delay by this predetermined time. .
[0014]
In this invention, the closing time of the intake valve of the next fuel injection cylinder is calculated while the output is suspended. On the other hand, the closing time of the intake valve may be before or after a predetermined time, which is an intentional delay time, elapses from the current time, depending on the engine speed.
In any case, the calculated opening of the throttle valve relative to the accelerator operation amount at the closing time of the intake valve is read from the stored throttle valve opening value, and the fuel injection amount corresponding to the throttle valve opening is calculated. Calculate. The calculated fuel injection amount is injected at a predetermined timing before the intake valve closing time, that is, at a predetermined crank angle position.
[0015]
That is, in the air-fuel ratio control method of the air amount preceding and fuel follow-up method, it is possible to grasp how the
[0016]
This intentional delay time is greater than the time from the time when the fuel injection amount is calculated to the time when the intake valve of the next fuel injection cylinder is closed when it is greater than a predetermined rotational speed Ne frequently used in the
Below, an example of the control procedure of this invention is demonstrated using the flowchart shown to FIG. 3, FIG. The fuel injection calculation routine of FIG. 3 is executed at every predetermined crank angle, and the injection control routine of FIG. 4 is executed every predetermined time.
[0017]
The actuator 4 that drives the
[0018]
In
[0019]
In the subsequent step 304, based on the target value of the throttle valve opening calculated in
In
[0020]
In the
[0021]
In
[0022]
On the other hand, in
[0023]
In
[0024]
On the other hand, in the injection control routine shown in FIG. 4, it is determined in
[0025]
In
[0026]
FIG. 5 shows the accelerator opening when the time after the delay time D has elapsed from the current time t0 in the control procedure of FIGS. 3 and 4 is later than the closing time T of the intake valve of the next fuel injection cylinder. It is explanatory drawing which shows the relationship between a target value, throttle opening, and the valve closing timing of an intake valve with progress of time.
Here, the time point at which the fuel injection amount of the
[0027]
At the current time t0, the operating state parameters such as the engine speed Ne, the intake pressure P, and the accelerator pedal depression amount (operation position) of the
[0028]
After obtaining the valve closing time T of the
The estimated opening of the throttle valve at the time tn is the estimated opening of the throttle valve at the closing time T of the intake valve. Thus, when the estimated opening degree of the
[0029]
FIG. 6 shows the accelerator opening when the time after the delay time D has elapsed from the current time t0 in the control procedure of FIGS. 3 and 4 is earlier than the closing time T of the intake valve of the next fuel injection cylinder. It is explanatory drawing which shows the relationship between a target value, throttle opening, and the valve closing timing of an intake valve with progress of time.
Similarly to FIG. 5, the time point at which the fuel injection amount of the
[0030]
At time t0, a time tr after a predetermined delay time D from the current time t0 is calculated and obtained, and a time difference E between the time tr and the intake valve closing time T is obtained. Then, an estimated value of the throttle valve opening at the time tp when the time difference E has elapsed from the current time to is calculated. The estimated opening of the throttle valve at this time tp is the estimated opening of the throttle valve at the closing time T of the intake valve.
[0031]
Thus, when the estimated opening degree of the
In the above control, the throttle valve opening until the current time t0 can be known from the transition of the operation position of the accelerator pedal. Therefore, when the time after the delay time D has elapsed from the current time t0 is later than the closing time T of the intake valve of the next fuel injection cylinder (control in FIG. 5), the transition of the accelerator opening thus far Since the transition of the throttle valve opening can be known, the intake air amount at the intake valve closing time T can be calculated.
[0032]
On the other hand, when the time elapsed by the delay time D from the current time t0 is earlier than the closing time T of the intake valve of the next fuel injection cylinder (control in FIG. 6), the operation position of the accelerator pedal so far is The transition of the throttle valve opening from the transition to the current time t0 is known, but the estimated opening of the throttle valve at the closing time T of the intake valve, that is, the estimated opening of the throttle valve at the time tp is not known. . However, the electronically controlled throttle valve cannot make a sudden movement with respect to the operation amount of the accelerator pedal, and since there is a response delay, the movement can be predicted to some extent. Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 6, the transition of the estimated opening of the throttle valve from the current time t0 to the time tp is changed based on the transition of the estimated opening of the throttle valve from the current time t0 indicated by the solid line. This is estimated as indicated by a dotted line.
[0033]
Then, if the transition of the estimated value of the throttle opening from time t0 to time tp can be calculated, the intake air amount from the characteristic to the closing time T of the intake valve can be obtained from the characteristic as in the case of FIG.
In reality, however, even if the transition of the estimated value of the throttle valve opening and the estimated opening of the throttle valve at the closing time T of the intake valve are known, the amount of intake air until the closing time T of the intake valve is not decided. This is because even if the throttle valve is opened, there is a response delay in the intake air amount, so this must be considered. As shown by the halftone dots in FIG. 6, the actual intake air amount is indicated by a dotted line. It is considered that the intake air amount is smaller than the estimated opening of the throttle valve shown. Therefore, in the present invention, the actual response of the intake air amount is calculated by calculating the response delay of the intake air amount from the change of how the throttle valve is opened. This calculation method will be described with reference to FIGS.
[0034]
FIG. 7 is a flowchart showing a procedure for calculating the intake air amount in accordance with the transition of the estimated opening of the throttle valve up to the intake valve closing time T in
In
GNTAF = map (TAF, Ne)
Can be calculated by Here, TAF is the estimated opening of the throttle valve at time tp in FIG.
[0035]
In the
TIMCF = map (GNTAF, Ne)
Can be calculated by
[0036]
In the
GNCRTFi = GNCRTFi-1 + (GNTAF−GNCRTFi-1) × TIMCF
Can be calculated by
[0037]
FIGS. 9A and 9B illustrate the procedure of the above calculation. The interval between the vertical lines shown in FIGS. 9A and 9B is 8 ms.
Now, let us consider a state in which the estimated opening of the throttle valve gradually increases as shown in FIG. 9 (b). At this time, assuming that the amount of change in the transition of the estimated throttle valve opening changes constantly, the estimated throttle valve opening from the data three times before the current time t0 (
[0038]
Note that the estimated opening of the throttle valve at time tp can be obtained from a change in the amount of depression of the accelerator pedal in addition to a change in the opening of the throttle valve. That is, it is possible to estimate the depression amount of the accelerator pedal at the time tp based on the data of the depression amount of the accelerator pedal three times before the current time t0, and obtain the estimated opening of the throttle valve from this estimated value.
[0039]
Now, in FIG. 9 (a), it is assumed that the point indicated by X is the estimated opening of the throttle valve at time tp in FIG. 9 (b). Based on the estimated opening of the throttle valve at this point X, an intake air amount GNTAF (a value that does not take into account a response delay of the intake air amount) shown in FIG. Thus, when the intake air amount GNTAF per engine revolution is obtained, the response time constant is obtained by subtracting the previous intake air amount GNCRTFi-1 considering the response delay from the intake air amount GNTAF not considering the response delay. The intake air amount GNCRTFi per engine revolution considering the response delay of intake air is obtained by adding the intake air amount GNCRTFi-1 considering the previous response delay to the value multiplied by TIMCF.
[0040]
Finally, a method for calculating the time TFWD from the time when the fuel injection amount is calculated, that is, the current time t0 at which fuel injection is performed to the intake valve closing time T will be described. The time TFWD from the current time t0 to the intake valve closing time T is obtained by adding the target fuel arrival end timing TFWE to the fuel injection time TAU (ms) as shown in FIG. The fuel injection timing is controlled so that this target fuel arrival end timing TFWE is a predetermined value, for example, 260 ° CA before the closing time of the intake valve in an internal combustion engine equipped with an electronically controlled fuel injection device. Therefore, it is represented by the following formula.
[0041]
TFWE = T90 × 260/90 (ms)
Here, T90 is the time required to rotate the crank angle by 90 °, and is a value that changes depending on the engine speed Ne, and 260 is the crank angle from the injection timing to the closing of the intake valve. . Dividing 260 ° CA by 90 ° CA, multiplying by the time required to rotate 90 ° CA, and adding this to the injection time, the crank angle from the current time t0 to the closing of the intake valve is rotated. The required time is calculated. In practice, the fuel transport delay time TB is added to the TFWD value.
[0042]
As described above, according to the present invention, by setting a predetermined delay time for controlling the throttle valve opening, conversely, the behavior of the throttle valve opening during the predetermined time can be grasped first, and the intake valve By obtaining the amount of air until the valve is closed, the required fuel supply amount can be grasped, and accurate air-fuel ratio control can be obtained.
[0043]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by setting a predetermined delay time in the control of the throttle valve opening, on the contrary, the behavior of the throttle valve opening during the predetermined time can be grasped first, The throttle valve opening at the closing time of the intake valve can be accurately calculated without requiring an excessive time lag for the operation of the accelerator pedal. Can be made to match the target value.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a principle configuration diagram showing a configuration of a control device for an internal combustion engine of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram showing an overall configuration of an embodiment of a control apparatus for an internal combustion engine of the present invention.
FIG. 3 is a flowchart showing an example of a procedure for calculating a fuel injection amount in the control apparatus for an internal combustion engine of the present invention.
FIG. 4 is a flowchart showing an injection control procedure in the control apparatus for an internal combustion engine of the present invention.
FIG. 5 is a flow chart illustrating a case where the accelerator opening, the throttle opening, and the time when the delay time elapses from the current time are later than the closing time of the intake valve of the next fuel injection cylinder in the control procedure of FIG. It is explanatory drawing which shows the relationship of the valve closing timing of an intake valve with progress of time.
FIG. 6 is a flow chart illustrating a case where the accelerator opening, the throttle opening, and the time when the delay time has elapsed from the current time are earlier than the closing time of the intake valve of the next fuel injection cylinder in the control procedure of FIG. It is explanatory drawing which shows the relationship of the valve closing timing of an intake valve with progress of time.
7 is a flowchart showing an example of a procedure for calculating an intake air amount in the control procedure of FIG. 3;
8A is a map diagram used to calculate the intake air amount per one rotation of the engine in the control procedure of FIG. 7, and FIG. 8B is a response time of the intake air amount in the control procedure of FIG. It is a map figure used for calculating a constant.
FIG. 9A is an explanatory diagram illustrating a procedure for calculating the intake air amount after a predetermined time calculated from the estimated opening of the throttle valve, and FIG. 9B is a diagram illustrating the intake valve closing time from the current time point. It is explanatory drawing explaining the method of calculating the estimated opening degree of the throttle valve of the corresponding time.
[Explanation of symbols]
1. Internal combustion engine
2 ... Intake passage
3 ... Throttle valve
4 ... Actuator
5 ... Throttle opening sensor
7 ... Pressure sensor
8 ... Fuel injection valve
10 ... ECU (Engine Control Unit)
11 ... Water temperature sensor
12 ... Exhaust passage
13 ... O 2 Sensor
14 ... Accelerator pedal
15 ... accelerator depression amount sensor
Claims (1)
アクセルペダルの操作位置に応じたスロットル弁開度の目標値を演算するスロットル弁開度目標値演算手段と、
演算されたスロットル弁開度目標値を一時的に記憶するスロットル弁開度目標値記憶手段と、
記憶されたスロットル弁開度目標値を前記記憶した時点から所定時間の経過後にスロットル弁開度制御値として出力するスロットル弁開度制御値出力手段と、
このスロットル弁開度制御値に従ってスロットル弁を開閉駆動するスロットル弁駆動手段と、
機関の運転状態に応じて燃料噴射気筒の吸気弁閉弁時期を演算する吸気弁閉弁時期演算手段と、
この吸気弁閉弁時期よりも前記所定時間経過後の時期が後の場合、前記記憶されたスロットル弁開度目標値から、燃料噴射気筒の吸気弁閉弁時期におけるスロットル開度を演算する吸気弁閉弁時の第1のスロットル弁開度演算手段と、
前記吸気弁閉弁時期よりも前記所定時間経過後の時期が前の場合、前記記憶されたスロットル弁開度目標値から、前記所定時間内のスロットル開度の推移を演算し、この推移に基づいて、燃料噴射気筒の吸気弁閉弁時期におけるスロットル開度を演算する吸気弁閉弁時の第2のスロットル弁開度演算手段と、
前記吸気弁閉弁時期迄のスロットル弁開度の推移に応じた吸入空気量と目標空燃比とから、燃料供給量を演算する燃料供給量演算手段と、
演算された燃料供給量の燃料を供給する燃料供給手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。A control device for an internal combustion engine of an air amount preceding fuel follow-up control system configured to control a throttle valve opening and a fuel supply amount according to an operation position of an accelerator pedal,
Throttle valve opening target value calculating means for calculating a target value of the throttle valve opening corresponding to the operation position of the accelerator pedal;
Throttle valve opening target value storage means for temporarily storing the calculated throttle valve opening target value;
Throttle valve opening control value output means for outputting the stored throttle valve opening target value as a throttle valve opening control value after a predetermined time has elapsed from the stored time;
Throttle valve drive means for opening and closing the throttle valve according to the throttle valve opening control value;
Intake valve closing timing calculating means for calculating the intake valve closing timing of the fuel injection cylinder according to the operating state of the engine;
An intake valve that calculates the throttle opening at the intake valve closing timing of the fuel injection cylinder from the stored throttle valve opening target value when the timing after the predetermined time has elapsed after the intake valve closing timing A first throttle valve opening calculating means when the valve is closed;
When the timing after the elapse of the predetermined time is earlier than the intake valve closing timing, a transition of the throttle opening within the predetermined time is calculated from the stored throttle valve opening target value, and based on this transition A second throttle valve opening calculating means for calculating the throttle opening at the intake valve closing timing of the fuel injection cylinder when the intake valve is closed;
Fuel supply amount calculation means for calculating a fuel supply amount from an intake air amount and a target air-fuel ratio according to a transition of the throttle valve opening until the intake valve closing timing;
Fuel supply means for supplying fuel of the calculated fuel supply amount;
A control device for an internal combustion engine, comprising:
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