JPH04187844A - 内燃機関の燃料噴射量制御装置 - 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］ 本発明は内燃機関の燃料噴射量の制御装置に係り、さら
に詳しくは内燃機関の吸気管に取り付けられたインジェ
クタ近傍の燃料の動的挙動を表す燃料挙動モデルに基づ
いて燃料噴射量を決定する制御装置に関する。

［従来の技術］ 内燃機関のインジェクタから噴射されるべき燃料量を制
御する装置には、従来目標空燃比と排気管に設置した空
燃比センサの出力との偏差に基づいて燃料噴射量を決定
するいわゆるフィードバック制御が広く適用されていた
。

しかしながらこの構成による制御装置においては、燃料
がインジェクタから噴射されて筒内で燃焼し排気ガスと
なって空燃比センサに到達するに要する流動時間がムダ
時間として作用するために、制御装置の安定性を損なう
可能性があった。

この点を改善するために燃料の動特性を表す伝達関数を
使用してムダ時間を補償した噴射燃料制御装置が提案さ
れている（特開昭６１−２４４８５０公報参照）。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら補償するべきムダ時間は内燃機関の運転状
態により変化するものであり、このムダ時間の変化をも
補正することが必要である。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであって、内燃
機関の運転状態に対応して補償されるべきムダ時間を変
更する内燃機関の燃料噴射制御製置を提供することを目
的とする。

「課題を解決するための手段］ このような内燃機関の燃料噴射量制御装置の基本構成は
第１図に示されるが、以下のように構成される。

即ち内燃機関の排気管に設置され排気ガスの空燃比を検
出する空燃比センサ１００と、空燃比以外の内燃機関の
運転状態量を検出する運転状態検出手段１０１と、空燃
比センサ１００の出力と、運転状態検出手段１０１で検
出された運転状態量とから所定の排気ガス性状を得るた
めに各気筒に注入されるべき燃料量を演算する目標筒内
燃料量演算手段１０２と、目標筒内燃料量演算手段１０
２の演算結果に基づいてインジェクタから噴射するべき
燃料量を決定する燃料噴射量演算手段１０３と、燃料噴
射量演算手段１０３の演算結果に基づいて吸気弁近傍の
吸気管に燃料を噴射するインジェクタ１０４と、空燃比
センサ１００の出力と前記目標筒内燃料量演算手段１０
２の演算結果とに基づいて燃料噴射量演算手段１０３に
より決定される燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手
段１０５と、運転状態検出手段１０１により検出された
運転状態量に基づいて燃料噴射量補正手段１０５におい
て補償されるムダ時間を変更するためのムダ時間変更手
段１０６と、から構成される。

［作用］ このように構成された内燃機関の燃料噴射量制御装置に
おいては、内燃機関の運転状態に対応して変動する排気
ガスの流動遅れに起因するムダ時間が補正されるため、
空燃比制御の安定性および精度が維持される。

［実施例］ （１）実施例の構成 第２図は本発明に係る内燃機関の燃料噴射量制御装置の
１つの実施例を示す図である。第２図において内燃機関
１の吸気通路２にはエアフローメータ３が設置されてい
る。エアフローメータ３は内燃機関が吸入する空気量を
計測するための機器であって吸入空気の体積流量に比例
した電気信号を出力する。

また吸気管には吸気圧力Ｐｍを計測するために圧力検出
器１７が設置され、吸気圧力Ｐｍに比例した電気信号を
知りする。

これらの電気信号は制御回路１０のＡ／Ｄコンバータ１
００１に供給される。　ディストリビュータ４には、例
えばクランク角度に換算して７２０°毎にパルス信号を
出力するクランク角度センサ５およびクランク角度に換
算して３０°毎にパルスを出力するクランク角度センサ
６が取り付けられている。クランク角度センサのパルス
出力は制御回路１０の入出力インターフェース１００２
に供給される。

また排気マニホールド１１より下流の排気管１３には空
燃比センサ１４が設置され、排気ガス中の酸素濃度に応
じた電圧を出力し、Ａ／Ｄコンバータ１００１に供給さ
れる。

制御回路１０は例えばマイクロコンピュータシステムで
構成され、Ａ　／’Ｄコンバータ１００１、入出力イン
ターフェース１００２、ＣＰＵ１００３、ＲＯＭ１００
４、ＲＡＭ１００５、バックアップＲＡＭ１００６、ク
ロック発生回路１００７等を含む。

また吸気通路２に設置されているスロットル弁１５には
スロットル弁１５が全開か否かを検出するためのアイド
ルスイッチ１６が設けられ、この出力は入出力インター
フェース１００２を介して制御装置１０に入力される。

また制御回路１０において、ダウンカウンタ１００８、
フリップフロップ１００９および駆動回路１０１０はイ
ンジェクタ７を制御するためのものである。即ち燃料噴
射量が演算されると、その演算結果がダウンカウンタ１
００８に設定され同時にフリップフロップ１００９もセ
ット状態とされる。

この結果駆動回路１０１０がインジェクタ７を付勢する
。

ダウンカウンタ１００８はクロックパルス（図示せず）
の計数を開始しダウンカウンタ１００Ｂの値が零となっ
たときにフリップフロップ１００９をリセットし駆動回
路１０１０は燃料噴射弁の付勢を停止する。

即ち燃料噴射量制御手段で演算された期間だけインジェ
クタ７が付勢され、演算結果に応じた燃料が内燃機関１
の各気筒に供給される。

（２）燃料噴射量制御装置の設計 制御精度が高く、かつ安定な制御が実行できる制御装置
を構成するために考慮するべき点は以下の通りである。

即ちインジェクタ７から噴射された燃料は全ては気筒内
に注入されず、一部吸気管壁面に付着する。

このため排気ガスの空燃比が所定の値となるようにイン
ジェクタ７からの噴射量を決定しても、所定の空燃比と
はならない。

また内燃機関の動特性を正確に記述することは困難であ
る。

上記の点を考慮して吸気弁近傍の燃料の動特性を考慮し
て燃料噴射量を決定するとともに、動特性モデル誤差を
補正するために燃料噴射量が補正される様に制御装置を
構成する。

１）燃料の動特性モデルの構築 インジェクタ近傍の燃料の質量収支を得るために第３図
に示すようなインジェクタ近傍の仮想的なコントロール
ボリュームＣ■を考える。

所定のクランク角度（サイクル）を表すインデックスを
に 所定のクランク角度（サイクル）ｋにＣ■に流入する燃
料流量をｆ　ｉ　（ｋ） 所定のクランク角度（サイクル）ｋに壁面に付着してい
る燃料量をｆｗ（ｋ） 所定のクランク角度（サイクル）ｋにＣ■から流出する
燃料流量をｆ　ｃ　（ｋ） 流入燃料流量ｆ　ｉ　　（ｋ）のうち壁面に付着する割
合をＲ 壁面付着燃料ｆｆｉｆｗ（ｋ）のうち壁面に残留する割
合をＰとすれば次式が成立する。

ｆｗ（ｋ＋１）−Ｐ・ｆｗ（ｋ） ＋Ｒ−ｆ　ｉ　　（ｋ）　　　　　　　　　（１）ｆ　
ｃ　　（ｋ）　　−（１−Ｐ）　　・ｆ　ｗ　　（ｋ）
＋　　（１−Ｒ）　　・ｆ　ｉ　　（ｋ）　　　　　　
（２）２）空燃比センサの検出遅れ 空燃比センサ１４の出力をλ 排気ガスの離散系で表した流動遅れをｄとすれば、 ｆ　ｃ　（ｋ−ｄ）　＝ｍｃ　（ｋ−ｄ）　／λ（ｋ）
３）目標筒内燃料量ｆｃｒ（ｋ）の演算容気筒に注入す
るべき目標筒内燃料量ｆｃｒは所定の排気ガス空燃比を
λｒ、吸入空気量をｍｃとすれば次式から求めることが
できる。

ｆｃｒ＝λｒ−ｍｃ　（ｋ）　　　　　　（４）ここで
各気筒に流入する空気流量ｍｃ　（ｋ）は次の何れかの
方法で求めることができる。

（ａ）下記（５）式により算出する。

ｍｃ　（ｋ）＝ （β１・Ｎｅ−Ｐｍ−β２・Ｎｅ）／Ｔｉ　　　（５）
ただしＮｅ−内燃機関回転数 Ｐｍ＝吸気圧力 Ｔｉ＝吸気温度 β１、β２＝定数 （ｂ）吸気圧力Ｐｍおよび内燃機関回転数Ｎｅをパラメ
ータとするマツプから基本吸入空気量を求め、吸気温度
Ｔｉで補正してｍｃ　（ｋ）を求める。

（Ｃ）エアフローメータ３の検出値から推定する。

即ち第（４）式および上記（ａ）（ｂ）（ｃ）のいずれ
かは第１図の目標筒内燃料量演算手段１０２を構成する
。

４）燃料噴射量の決定 ＣＶ内の燃料の動特性（１）および（２）式が実際の燃
料の動特性と一致するとすれば、ｆ　ｃｒ　（ｋ）　＝
ｆ　ｃ　（ｋ）　　　　　　　（６）となり、（１）式
から定まるｆｗ（ｋ）を用いれば、所定の燃空比λｒを
得るためにインジェクタ７から噴射されるべき基本燃料
噴射量ｆｉｏ（ｋ）は（２）式から ｆ　ｉｏ　（ｋ）　＝　（ｆ　ｃｒ　（ｋ）　−（１−
Ｐ）　・ｆｗ　（ｋ））／　（１−Ｒ）（７）として求
めることができる。

すなわち（７）式は第１図の燃料噴射量演算手段１０３
を構成する。

５）燃料噴射量の補正 インジェクタ７より噴射される燃料噴射量をｆｉ＝ｆｉ
ｏ＋八ｆ　　　　へ　　　　　（８）とすれば、第（１
）、（２）および（３）式から次式が導かれる。

Δｆｃ（ｋ）−Ｐ−Δｆｃ（ｋ−１） ＋　（１−Ｒ）　・Δｆ　ｉ　（ｋ−ｄ＋１）＋（Ｒ−
Ｐ）・Δｆ　ｉ　（ｋ−ｄ）　　　　（９）ここで　ｙ
　（ｋ）　＝Δｆｃ（ｋ） ｕ　（ｋ）−Δｆｉ（ｋ−ｄ） ｘ　（ｋ）＝）’　（ｋ）　　　（１−Ｒ）　　・ｕ　
（ｋ）Ｐ＝Ｐｏ＋ΔＰ Ｒ＝Ｒｏ十ΔＲ ＰｏＸＲｏは各パラメータの定常値 とすれば、次式を得る。

ｘ　（ｋ＋１）　−Ｐｏ−ｘ　（ｋ） ＋Ｒｏ−（１−Ｐｏ）　　・ｕ　（ｋ）＋ｗｌ　　　　
　　　　　　　　　　　（１０）ｙ　（ｋ）＝ｘ　（ｋ
）＋　（１−Ｒｏ）　　・ｕ　（ｋ）＋ｗ２　　　　　
　　　　　　　　　　　（１１）ここでＷｌ、Ｗ２はΔ
Ｐ、ΔＲの関数 さらにｘｓ、ｕｓが次式を満足するものとする。

ｘｓ＝Ｐｏ・ｘｓ＋Ｒｏ・　（１−Ｐｏ）　　・ｕｓ＋
ｗｌ　　　　　　　　　　　　　　　（１２）ｙｓ＝ｘ
ｓ＋　（１−Ｒｏ）　・ｕｓ＋ｗ２　（１３）さらに変
数を次式の様に変換する。

Ｘ　（ｋ）　’　−ｘ　（ｋ）−ｘｓ ｙ　（ｋ）　’　＝ｙ　（ｋ）　−ｙ　ｓｕ　（ｋ）　
’　＝ｕ　（ｋ）−ｕｓ Δｘ　（ｋ）　’　＝ｘ　（ｋ）　’　−ｘ　（ｋ−１
）　’Δｕ　（ｋ）　’　＝ｕ　（ｋ）　’　−ｕ　（
ｋ−１）’（Ｉ４） この結果第（１２）（１３）式は、次式のように状態変
数表示できる。

第（１５）式で表されるシステムに対して、例えば基礎
システム理論（古田勝久他著、コロナ社刊）の１１４頁
から１２７頁に示される最適レギュレータを設計すると
、次式を得る。

Δｕ（ｋ）’ ＝−ｆｌΔｘ　（ｋ）’　　　ｆ２・Ｖ　Ｃｋ　　１）
’ここで１１、ｆ２は最適ゲインである。

変数を元に戻せば、次式を得る。

Δｆｉ（ｋ）＝（−ｆｌ・Δｆ　ｃ　（ｋ＋ｄ）−ｆ２
・ｉΔｆ　ｃ　（ｊ十ｄ）＋ｗＰＲ）／（１−ｆｌ・　
（１−Ｒｏ））　　　（１７）ここでｗＰＲはパラメー
タの補正項 第（１７）式にはΔｆｃについて未来の値が含まれるた
め、第（９）式を用いて置き換える。

即ち第（９）式より Δｆ　ｃ　　（ｋ＋１）＝Ｐ・Δｆｃ（ｋ）＋（１−Ｒ
）　　・Δｆｉ（ｋ−ｄ＋２）＋（Ｒ−Ｐ）・Δｆｉ（
ｋ−ｄ＋１） Δｆ　ｃ　（ｋ＋２）＝Ｐ・Δｆｃ（ｋ＋１）＋（１−
Ｒ）・Δｆｉ（ｋ−ｄ＋３） ＋（Ｒ−Ｐ）・Δｆｉ（ｋ−ｄ＋２） Δｆ　ｃ　（ｋ十ｄ）　＝Ｐ　・Δｆｃ（ｋ＋ｄ−１）
＋（１−Ｒ）　　・Δｆｉ（ｋ−１） ＋（Ｒ−Ｐ）・Δｆ　ｉ　（ｋ）　　　　（１Ｂ）上記
の式を順次代入することによって、Δｆｃについての未
来の値を既知の値から演算することが可能となる。

６）ムダ時間の変更 ここでムダ時間ｄは一定値ではなく、内燃機関の運転状
態によって変化する。

第４図は、内燃機関の運転状態とムダ時間の関係を表す
グラフであって、横軸に吸気圧力Ｐｍ、縦軸に内燃機関
のストローク数で表したムダ時間ｄをとる。

なお吸気圧力Ｐｍは圧力検出器１７によって計測される
。

即ち第１図のムダ時間変更手段１０５は第４図に示すグ
ラフを記憶しておき、吸気圧力Ｐｍをパラメータとして
ムダ時間を決定するように構成することができる。

なお内燃機関の運転状態量としては、吸気圧力に限定さ
れることはなく、例えばエアフローメータ３で計測され
る吸入空気量を使用してもよい。

（３）制御の実行 第５図に以上の説明に従って構成された制御装置の機能
図を示す。

即ち５０１において、第（４）式および３）に記載の（
ａ）（ｂ）（ｃ）のいずれかの方法により内燃機関回転
数Ｎｅおよび吸気圧力Ｐｍに基づき筒内吸入空気量ｍｃ
　（ｋ）が決定され、これと目標空燃比λｒから目標筒
内燃料量ｆｃｒが演算される。

５０１における演算結果が逆モデル５０２に導かれる。

５０２においては第（７）式に基づいてインジェクタ７
より噴射される基本燃料噴射量ｆｉ。

（ｋ）が決定される。

一方５０３においては、５０１と同一の方法により演算
された筒内吸入空気量ｍｃ　（ｋ）と実測空燃比λ（ｋ
）から筒内燃料量ｆｃ（ｋ）が演算される。

そして、筒内燃料量ｆｃ（ｋ）と目標筒内燃料量ｆｃｒ
の偏差 Δｆ　ｃ　（ｋ）　−ｆ　ｃ　（ｋ）　−ｆ　ｃｒが５
０４に送られ、第（１８）式によりムダ時間ｄ相当将来
の筒内燃料補正量予測値 Δｆｃ（ｋ＋ｄ）・・・Δｆｃ（Ｋ＋１）を演算する。

このときムダ時間ｄは５０５において吸気圧力Ｐｍをパ
ラメータとしてメモリに記憶されたグラフから求める。

また過去の燃料噴射補正量 Δｆｉ（ｋ−１）　　・・・Δｆｉ（ｋ−ｄ−１）は、
燃料噴射補正量記憶部５０６に記憶されているものとす
る。

５０４の演算結果に基づいて第（１７）式により燃料噴
射補正量Δｆ　ｉ　（ｋ）が演算される。

そして５０２で演算された基本燃料噴射量ｆｉ（ｋ）と
５０７で演算された燃料噴射補正量Δｆｉ　（ｋ）とを
加算して燃料噴射量ｆ　ｉ　　（ｋ）が決定される。

第５図において５０１が目標筒内燃料演算手段に相当し
、５０２が燃料噴射量演算手段に相当し、５０３．５０
６，５０７が燃料噴射量補正手段に相当し、５０５がム
ダ時間変更手段に相当する。

第６図は、本発明による制御を実行するためのルーチン
であって、例えば各ストローク毎に実行される。

即ちステップ６０１でこのルーチンの実行に必要な検出
値、即ち内燃機関回転数Ｎｅ、吸気圧力Ｐｍおよび排気
ガスの空燃比λを読み込む。

ステップ６０２において目標筒内燃料ＭｆＣｒが演算さ
れる。

次にステップ６０３において第（７）式により基本燃料
噴射量ｆｉｏ（ｋ）が演算される。

ステップ６０４において実測空燃比λを使用して、筒内
燃料量ｆｃ（ｋ）が演算され、ステップ６０５において
目標筒内燃料量ｆｃｒとの偏差が演算される。

ステップ６０６において吸気圧力Ｐｍをパラメータとし
てムダ時間ｄが決定される。

そしてステップ６０７においてムダ時間ｄ分の筒内燃料
補正量予測値が演算される。

ステップ６０８においてこの予測値に基づいて燃料噴射
補正量Δｆｊ（ｋ）が演算され、ステップ６０９で基本
燃料噴射量ｆｊｏ（ｋ）と加算される。

そしてステ、７プ６１０において燃料噴射が実行される
。

さらにステップ６１１において燃料噴射補正量Δｒ　ｉ
　　（ｋ）を１つシフトして次回の演算に備える。

［発明の効果］ 本発明による内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、内
燃機関の運転状態に応じて排気ガスの流動時間により定
まる空燃比検出のムダ時間が補正され、安定で精度の高
い空燃比制御を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる燃料噴射量制御装置の基本構成
を示す図、 第２図は本発明の１実施例の構成を示す回、第３図は燃
料挙動シミュレーションモデルを説明するための模式図
、 第４図は吸気圧力とムダ時間の関係を表すグラフ、 第５図は本発明に係る燃料噴射制御装置の機能線図、 第６図は本発明に係る燃料噴射量制御ルーチンのフロー
チャートである。 １００・・・空燃比センサ、 １０１・・・運転状態検出手段、 １０２・・・目標筒内燃料量演算手段、１０３・・・燃
料噴射量演算手段、 】０４・・・インジェクタ、 １０５・・・燃料噴射量補正手段、 １０６・・・ムダ時間変更手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、内燃機関の排気管に設置され排気ガスの空燃比を検
   出する空燃比センサ（１００）と、空燃比以外の内燃機
   関の運転状態量を検出する運転状態検出手段（１０１）
   と、 該空燃比センサ（１００）の出力と、該運転状態検出手
   段（１０１）で検出された運転状態量とから所定の排気
   ガス性状を得るために各気筒に注入されるべき燃料量を
   演算する目標筒内燃料量演算手段（１０２）と、 該目標筒内燃料量演算手段（１０２）の演算結果に基づ
   いて、インジェクタから噴射するべき燃料量を決定する
   燃料噴射量演算手段（１０３）と、該燃料噴射量演算手
   段（１０３）の演算結果に基づいて吸気弁近傍の吸気管
   に燃料を噴射するインジェクタ（１０４）と、 前記空燃比センサ（１００）の出力と前記目標筒内燃料
   量演算手段（１０２）の演算結果とに基づいて、前記燃
   料噴射量演算手段（１０３）により決定される燃料噴射
   量を補正する燃料噴射量補正手段（１０５）と、から構
   成される燃料噴射量制御装置において、 前記運転状態検出手段（１０１）により検出された運転
   状態量に基づいて、前記燃料噴射量補正手段（１０５）
   において補償されるムダ時間を変更するためのムダ時間
   変更手段（１０６）を含むことを特徴とする燃料噴射量
   制御装置。