JPH01211648A - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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噴射制御装置に係り
、詳しくはエンジンの運転状態に応じて基本噴射量を補
正することによって最適な燃料噴射量を決定する装置に
関する。

（従来の技術） 一般に、機関の加減速時における空燃比の目標空燃比か
らのずれは、はとんどが吸気系の吸気マニホールドや吸
気ポートに付着した付着燃料および浮遊燃料の量的変化
に起因するものであり、この付着、浮遊燃料量は機関の
運転状態に応じて大きく変化する。また、付着、浮遊燃
料量は運転状態の変化に対してステップ的に変化するの
ではなく、ある遅れをもって変化し、この遅れの時定数
も一定ではない。さらに、付着、浮遊燃料量の変化は、
運転状態の変化だけではな（、その時点における量と平
衡状態（定常状態）における量との差の大きささによっ
ても異なる。すなわち、吸気管の燃料系の動特性は、吸
気管に噴射された燃料の一部が吸気管壁面に付着するか
、あるいは付着した燃料が蒸発し噴射された燃料と共に
シリンダ内に吸入されることから、噴射した燃料の全部
がシリンダに吸入されず、理論空燃比を保持できないこ
とがある。

従来のこの種の内燃機関の燃料噴射制御装置としては、
例えば特開昭６０−１６６７３１号公報に記載の装置が
ある。この装置では、エンジン回転数によって変化する
０２センサのむだ時間変化を考慮し、付着した燃料量を
推定、予測し、それを基に燃料噴射量を制御することに
より、空燃比を理論空燃比付近に保持して、有害排気ガ
スの低減を図ろうとしている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来の内燃機関の燃料噴射制
御装置にあっては、０２センサから得た空燃比情報に基
づいて付着燃料を予測する構成となっていたため、次の
ような問題点があった。

（Ｉ）０□センザを用いているため、センザ自体のコス
トアンプに加え、０２センザ出力に重畳する雑音を除去
するだめのフィルタが必要となってコスト高を招く。

（ｎ）シリンダ回転周期や排気管流動等に起因する０□
センサのむだ時間の影響を排除するためにむだ時間分の
付着燃料量を予測するなど予測量の算出過程が極めて繁
雑であり、装置の構成が複雑化する。

（ＩＩＩ）壁面付着量が多くかつその蒸発率が高いよう
な機関においては、０□センサのフィードバックにより
燃料噴射量がハンチングをしてしまうという不具合が発
生することがあり、このような場合には正常な補正が行
えないので補正を行わない場合よりも混合比が悪化して
しまうことがある。

（発明の目的） そこで本発明は、燃料供給手段から噴射された燃料量が
エンジンのシリンダ内に流入する燃料量となるときの伝
達特性を演算するとともに、運転状態に基づいて設定し
た目標燃料量を該伝達特性の逆特性に基づいて補正し、
実際に燃料供給手段から噴射する燃料量を演算すること
により、０□センザ等を用いることなしにシリンダ内に
流入する燃料量を適切なものとして、排気エミッション
特性や運転性、燃費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噴射制御装置は上記目的達
成のため、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出
手段ａと、エンジンの運転状態に基づいて目標空燃比を
演算し、該目標空燃比となるための目標燃料量を設定す
る目標燃料量設定手段すと、前記目標燃料量を燃料供給
手段ｄから噴射された燃料量がエンジンのシリンダ内に
流入する燃料量となるときの伝達特性の逆特性に基づい
て補正し、実際に燃料量供給手段ｄから噴射する燃料量
を演算する逆特性による燃料量演算手段Ｃと、燃料量演
算手段Ｃの出力に基づいてエンジンに燃料を供給する前
記燃料供給手段ｄと、を備えている。

（作用） 本発明では、燃料供給手段から噴射された燃料量がエン
ジンのシリンダ内に流入する燃料量となるときの伝達特
性が演算され、運転状態に基づいて設定された目標燃料
量が該伝達特性の逆特性に基づいて補正される。そして
、実際に燃料供給手段から噴射する燃料量が演算される
。したがって、０２センザ等を用いることなしにシリン
ダ内に流入する燃料量が適切なものとなり、エンジンの
運転状態に応じたシリンダ内空燃比が実現される。

その結果、排気エミッション特性や運転性、燃費が向−
ヒする。

（実施例） 以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第２〜７図は本発明の一実施例を示す図であり、本発明
を４気筒エンジンに適用した例である。

まず、構成を説明する。１は４気筒エンジン（エンジン
）であり、吸入空気は吸気管２を通しインテークマニホ
ールド３の各ブランチにより各気筒に供給され、燃料は
噴射信号Ｓｉに基づき各気筒に設けられたインジェクタ
（燃料供給手段）４ａ〜４ｂにより噴射される。

各気筒には点火プラグ５ａ〜５ｄが装着されており、点
火プラグ５にはイグナイタ６からの高圧パルスＰｉがデ
ィストリビュータ７を介して供給される。点火プラク５
ａ〜５ｄ、イグナイタ６およびディストリビュータ７は
混合気に点火する点火手段８を構成しており、点火手段
８は点火信号Ｓｐに基づいて高圧パルスＰ１を発生して
放電さ・ひる。そして、気筒内の混合気は高圧パルスＰ
ｉの放電によって着火、爆発し、排気となって排気管９
を通して図示しない触媒コンバータで排気中の有害成分
（Ｃ○、ＨＣ，Ｎ０ｘ）を三元触媒により清浄化して排
出される。

吸気管２内の圧力ＰＭは吸気管圧力センサ１０により検
出され、吸入空気の流量はスロットル弁１１によって制
御される。スロットル弁１１の開度ＴＨはスロットル開
度センサ１２により検出され、４気筒エンジン１のクラ
ンク角はデイストリビュータフに内蔵されたクランク角
センサ１３により検出される。クランク角センサ１３は
爆発間隅（４気筒エンジンでは１８０°、６気筒エンジ
ンでは１２０°）毎に各気筒の圧縮上死点（ＴＤＣ）前
のエンジンの所定位置、例えばＢＴＤＣ７０°で〔Ｉ］
〕　レヘルのパルスとなる基準信号Ｃａを出力するとと
もに、クランク角の単位角度（例えば、２°）毎に〔Ｈ
〕レベルのパルスとなる単位信号Ｃ５を出力する。なお
、信号Ｃ１のパルスを計数することにより、エンジン回
転数Ｎを知ることができる。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１４により検出され、
吸入空気の温度ＴＡは吸気温センサ１５により検出され
る。また、排気中の酸素濃度０□は酸素センサ１６によ
り検出され、車両の速度ＶＳＰは車速センサ１７により
検出される。さらに、エアコンの○Ｎ／○ＦＦはエアコ
ンスイッチ１８により検出され、スクータモータの作動
状態はスタータスイッチ１９により検出される。

また、後述するコントロールユニット３０には図示しな
いキースイッチを介してハソテリ２０から所定の電圧が
供給されていると共に、インジェクタに供給されている
ＶＢが人力されている。

上記吸気管圧力センサ−０、スロットル開度センサ１２
、クランク角センサー３および吸気温センサー５は、運
転状態検出手段２１を構成しており、運転状態検出手段
２１、水温センサー４、酸素センサー６、車速センサー
７、エアコンスイッチ１８およびスクータスイッチ１９
からの出力はコントロールユニット３０に入力される。

コントロールユニット３０は目標燃料量設定手段、およ
び逆特性による燃料量演算手段としての機能を有し、Ｃ
ＰＵ３１、ＲＯＭ３２、ＲＡＭ３３、ハックアップＲＡ
Ｍ３４、Ａ／Ｄ変換器３５およびＩ／○ボー１−３６４
こより構成され、これらはコモンパス３７により互いに
接続される。Ａ／Ｄ変換器３５はアナログ信号として人
力されるＰＭ等をディジクル信号に変換し、ＣＰ　Ｕ３
１の指示に従って所定の時期にＣＰ　Ｕ３１あるいはＲ
ＡＭ３３、へツクアップＲＡＭ３４に出力する。ＣＰ　
Ｕ３１はＲＯＭ３２に書き込まれているプログラムに従
って必要とする外部データを取り込んだり、またＲＡＭ
３３やハックアップＲＡＭ３４と間でデータの授受を行
ったりしながら燃料噴射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Ｉ１０ポート３６へ
出力する。■／○ポート３６には各種センサからの信号
が入力されるとともに、Ｉ１０ポート３６からは噴射信
号Ｓｉや点火信号ｓｐが出力される。ＲＯＭ３２はＣＰ
　Ｌ１３１４こおける演算プログラムおよび演算に使用
するデータを格納しており、ＲＡＭ３３は演算に使用す
るデータを一時的にマツプ等の形で記憶している。また
、バックアップＲＡＭ３４は、例えば不揮発性メモリか
らなり、４気筒エンジン１停止後もその記憶内容を保持
する。

次に作用を説明するが、最初に本発明の基本原理を述べ
る。

第３図（Ａ）の実線に示すように、壁面付着量補正を行
わずにインジェクタから噴射する噴射量ＱＦをＱｌから
Ｑ２へ変化させた場合には、実際にシリンダ内に流入す
る燃料量ＱＦＣは同図（Ｂ）の実線に示すようにＱｌか
らＱ２へゆっくりと変化する。したがって、吸入空気量
ＱＡＣが同じ場合、シリンダ内の混合比ＭＲは同図（Ｃ
）の実線に示すようにＭＲＩからＭＲＢ２へゆっくりと
変化することになる。ここで、ＱＦからＱＦＣへの伝達
特性の逆光を実行することにより、噴射ＮＱＦを同図（
Ａ）の破線のように補正すれば、実際のＱＦＣは同図（
Ｂ）の破線に示すように０１からＱ２へ変化することに
なり、シリンダ内の混合比ＭＲは同図（Ｃ）の破線のよ
うになる。

壁面付着量の補正は具体的には次のようにして行う。

４ザイクル機関においては、クランク軸が２回転毎に１
燃焼行程が終了するため、インジェクタ４ａ〜４ｄの各
々について、噴射量ＱＦと各シリンダへ流入する燃料量
ＱＦＣは、機関の回転速度によりクランク２回転を周期
として次式■のように１次遅れ系として示され、 ΔＱＦ　　　　　１−（１−β）Ｚ−１・・・・・・■ 但し、α、β：定数 あるいは、次式■で示される。

・・・・・・■ 但し、（ｋ）のｋは時刻ｋを示し、単位はクランク２回
転分である。

ここに、上記ｚ　−１はクランク２回転分の遅れ演算子
であり、ΔＱＦ、ΔＱＦＣはＱＦ、ＱＦＣのある初期点
（例えば、変化前の定常値）からの変化量であり、ｘ　
（ｋ）は壁面付着燃料量の変化量である。また、定数α
、βは機関の性質としてあらかじめ定められており、通
常は機関の温度、回転数、吸入空気量等によって異なる
値をとる。

上記補正演算は次式■に示すようにＱＦからＱＦＣへ伝
達特性Ｈ（Ｚ）の逆光Ｇ　（Ｚ）を実現することにより
行われ、ブロック線図で表わすと第４図のようになる。

ＱＦＲは、目標燃料量。

（不貞、以下余白） ΔＱＦＲ これにより、ＱＦＲからＱＦＣへの伝達特性Ｗ（Ｚ）は
次式■で示され ΔＱＦ　　　　ΔＱＦＣΔＱＦＣ Ｗ　（Ｚ）　−□・□− ΔＱＦＲΔＱＦ　　　　ΔＱＦＲ −〇　　　（Ｚ）　　　・　ト１　　　（Ｚ）　　　＝
１　　　　　　　・・・　・・・■ΔＱＦＣ−ΔＱＦＲ
となる。

ここで、問題となるのはＧ　（Ｚ）の実現であるが、こ
れは次式■により実現することができる。

・・・・・・■ 但し、ｙ　（ｋ）　　：時刻にでの内部状態前述の第０
式に示す補正方法は、その内部状態ｙ　（ｋンが元々の
壁面付着量ｘ　（ｋ）と同し物理量に対応していないた
めに、α、βが変化するとＷ（Ｚ）−１が実現できない
場合が生じる。これを防ぐには、次式〇に示す補正方法
を用いるとよい。

ΔＱＦ　　（ｋ）　　−（−）　　Ｘ　　（ΔＱＦＲ（
ｋ、）α 一βｘｖ　（ｋ）） ｖ　（ｋ＋１）　−（１−β）Ｘｖ　（ｋ）」−（１−
α）×ΔＱＦ　（ｋ） −・・・・・■ ここで、ｖ　（ｋ）はｘ　（ｋ）と同じ物理量に対応す
る量であり、壁面付着量の変化分を示すものである。し
たがって、運転状態に応じてα、βをルックアップして
補正を行うことができる。なおこれらの補正演算は各イ
ンジェクタ毎に（気筒毎に）行われるものであることは
言うまでもない。

また、噴射量ＱＦ　（ｋ）は次式■で示され、ＱＦＲ（
ｋ）は次式■で示される。

ＱＦ　　（ｋ）　　−ΔＱＦ　　（ｋ）＋ＱＦＯ・・・
・・・■但し、ＱＦＯは上記ＱＦの初期値を示す。

ＱＦＲ（ｋ）−ΔＱＦＲ（ｋ）　＋ＱＦＲＱ・・・・・
・■ 第５．６図は上記基本原理に基づく燃料噴射制御のプロ
グラムを示すフローチャートであり、図中Ｐ１〜Ｐｚ、
Ｐｚ〜ＰＩＳはフローめ各ステップを示す。

第５図はシリンダに流入する空気量ＱＡＣ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
吸入空気量の挙動を表わすのに十分な速さの所定時間毎
に割込み処理される。ます、Ｐ、でスロットル開度信号
ＴＨ１吸気管圧力ＰＭおよび吸気温度ＴＡをＡ／Ｄ変換
器３５により読み込み、Ｐ２でシリンダに流入する空気
量ＱＡＣを演算して処理を終える。ここで、シリンダに
流入する空気１ｉＱＡｃの算出方法については、例えば
特開昭６２−２０６２４１号公報に記載のものがあり、
ここでは詳しい説明は省略する。

第６図は燃料噴射パルス幅Ｔｉを演算するプログラムを
示すフローチャー１・であり、本プログラムはエンジン
回転に同期して所定周期毎（例えば、１８０°ＣＡ毎）
に１度実行される。まず、ｐＨで第５図に示すプログラ
ムで演算したシリンダに流入する空気量ＱＡＣを読み出
し、ＰＩ２でエンジンの運転状態に応じた目標混合比Ｍ
ＲＲを読み出す。

次いで、ＰＩ３で空気量ＱＡＣおよび目標混合比ＭＲＲ
に基づき次式■に従って目標燃料量ＱＦＲを演算する。

なお、目標混合比ＭＲＲはエンジンの定常状態と過渡状
態でそれぞれ異なる値をとるものであってもよいことは
言うまでもない。

次いで、ＰＩ４でインジェクタ４ａ〜４ｄから噴射され
た燃料量ＱＦがシリンダ内に流入する燃料量ＱＦＣとな
るときの伝達特性の逆特性により、目標燃料量ＱＦＲを
補正し、実際にインジェクタから噴射する燃料量ＱＦを
算出する。ここで、燃料量ＱＦは機関の構造、インジェ
クタ４ａ〜４ｄの形状、インジェクタ４ａ〜４ｄに加わ
る燃料の圧力等に応じて決定される。ＰＩ５では実際に
インジェクタ４ａ〜４ｄから噴射する燃料量ＱＦを実現
する燃料噴射パルス幅Ｔｉをインジェクタ特性、バッテ
リ電圧ＶＢ、燃圧等より求め、このＴｉを１１０ポート
３６の出力レジスタにストアして、所定のクランク角度
でこのＴｉに対応する燃料噴射パルス幅を有する噴射信
号Ｓｉをインジェクタ４ａ〜４ｄに出力し、今回の処理
を終了する。また、ＱＦからＴ１への変換はインジェク
タの流量特性による変換であり、次式［相］、■を基本
形としている。

Ｔｉ＝ＴＥ十ＴＳ・・・・・・［相］ 但し、ｋｌ、ｋ２、！ｌ、Ｊ２２：定数（ｋｌ、ｋ２は
インジェクタ形状、燃料の圧力等により決定される） このように、本実施例では壁面付着燃料量の補正が、イ
ンジェクタから噴射された燃料がシリンダ内に流入する
燃料の伝達特性の道糸を実現する１に とにより行われている。したがって、シリンダ内に流入
する燃料量が適切なものとなり、シリンダ内での混合比
が最適な状態に維持されて、排気エミッションや燃費、
運転性が向上する。ところで、過渡運転時には空気量Ｑ
ＡＣが変化するため、排気エミッションを良好にするに
はシリンダ内の混合比を適切に設定することが必要とな
るが、本発明によれば空気量ＱＡＣに見合う燃料量ＱＦ
Ｃが実際にシリンダ内に入るためシリンダ内の混合比を
常に適切にすることができる。さらに、過渡時の目標混
合比ＭＲＲを適切に決めるようにすれば機関の運転状態
に応じたシリンダ内混合比を実現することができるため
、運転性や燃費を一層向上、改善させることも可能であ
る。

なお、本実施例では空気量ＱＡＣの演算と燃料噴射パル
ス幅Ｔｉの演算とをそれぞれ別のプログラムで行う例を
示したが、勿論これには限定されず、例えば、第７図に
示すように第５．６図に示したマイクロコンピュータの
動作を１８０°ＣＡルーチンのみで行うようにしてもよ
い（同〜・処理を行うステップには同一番号を付してい
る）。但し、第７図中ステップＰ２□ではシリンダに流
入する空気量を算出することは第５図のステップＰ２と
同様であるが、１８０　　°ＣＡ毎にしか演算されない
ので、算出式は違うものとなる。この例としては、例え
ば特開昭６０−１６９６４７号、特開昭６２−２０６２
４６号各公報に記載のものがある。

また、本実施例では吸入空気量を得るのに吸気管内圧力
ＰＭを用いているが、エアフローメータなど吸気管の空
気流量を計測する態様でもよいことは言うまでもない。

（効果） 本発明によれば、運転状態に基づいて設定した目標燃料
量を燃料供給手段から噴射された燃料量がエンジンのシ
リンダ内に流入する燃料量となるときの伝達特性の逆特
性に基づいて補正し、実際に燃料供給手段から噴射する
燃料量を演算するようにしているので、０２センザ等を
用いることなしにシリンダ内に流入する燃料量を適切な
ものとすることができ、排気エミッション特性や運転性
、燃費を向」ニ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２〜７図は本発明の一
実施例を示す図であり、第２図はその全体構成図、第３
図はその基本原理を説明するための図、第４図はそのブ
ロック線図、第５図はそのシリンダに流入する空気量を
演算するプログラムを示すフローチャー１・、第６図は
その燃料噴射パルス幅を演算するプログラムを示すフロ
ーチャート、第７図はその燃料噴射パルス幅を演算する
プログラムを示すフローチャー１・である。 ■・・・・・・４気筒エンジン（エンジン）、４ａ〜４
ｄ・・・・・・インジェクタ（燃料供給手段）、２１・
・・・・・運転状態検出手段、 ３０・・・・・・コン１〜ロールユニツト（目標撚ｎ’
！　設定手段、逆特性による燃料量演算手段）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ａ）エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と
   、 ｂ）エンジンの運転状態に基づいて目標空燃比を演算し
   、該目標空燃比となるための目標燃料量を設定する目標
   燃料量設定手段と、 ｃ）前記目標燃料量を燃料供給手段から噴射された燃料
   量がエンジンのシリンダ内に流入する燃料量となるとき
   の伝達特性の逆特性に基づいて補正し、実際に燃料量供
   給手段から噴射する燃料量を演算する逆特性による燃料
   量演算手段と、ｄ）逆特性による燃料量演算手段の出力
   に基づいてエンジンに燃料を供給する前記燃料供給手段
   と、 を備えたことを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置
   。