JPH0481535A - 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各気筒に供給される燃料の動的挙
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］ 従来内燃機関のインジェクタから噴射される燃料量を制
御する方法は、内燃機関の回転数および吸入空気量から
定められる基本燃料噴射量に対する補正量を制御入力、
内燃機関の排気ガスの空燃比を制御出力として、設定空
燃比近傍でのみ線形近似された伝達関数から導かれる状
態変数モデルを使用して燃料噴射量を決定している。な
お状態変数モデルのパラメータは実験結果に基づき予め
設定される（特開昭５９−１９６９３０号公報参照）。

しかしながら基本燃料噴射量と排気ガス空燃比間の関係
は本質的に非線形であり、制御則を決定するために線形
モデルを使用した場合は、極めて狭い運転範囲に対して
しか対応することができない。このため、全運転範囲を
複数の線形モデルが使用可能な運転範囲に区切り、適宜
線形モデルを切り替えることにより制御則を決定してい
た。

しかしながらこの制御方法では線形モデルを切り替える
たｔに構成が複雑となり、また切り替えにともない制御
が不安定となる場合があるばかりでなく、線形モデルを
使用することによる誤差ないしは内燃機関毎の機差を吸
収するための積分制御動作により制御精度が低下すると
いう問題があこの問題を解決するために、本出願人は内
燃機関の吸気管に設置されたインジェクタ近傍の燃料の
動的挙動を表す精密なシミュレーションモデルを使用し
た噴射燃料制御方式を提案している（特開平１−２００
０４０公報参照）。

この方式においては、シミュレーションモデルのパラメ
ータを制御出力量の実測値と計算値との偏差に基づき実
時間で同定しながら燃料噴射量を決定することとしてい
るため、内燃機関の運転状態あるいは機差をシミュレー
ションモデルに考慮することが可能となり高い制御精度
を維持することができる。

しかしながらこの方法においては、内燃機関が定常運転
状態にある場合は、内燃機関の入出力量および状態量は
ほぼ一定値を維持するため燃料挙動シミュレーションモ
デルのパラメータを同定できないという欠点があった。

［発明が解決しようとする課題］ 逆に内燃機関が過渡状態にある場合には内燃機関の入出
力量および状態量も変化するため燃料挙動シミュレーシ
ョンモデルのパラメータを同定することは可能となるが
、内燃機関の過渡状態には、スロットル開度の変化や吸
気管圧力の変化等、前述の燃料挙動シミュレーションモ
デルに於いて考慮していない内部状態の変化があるため
制御出力量にモデル化による誤差が顕著に現れる。従っ
て出力の偏差にはモデルパラメータの誤差によるものと
モデル化誤差によるものとが相乗するため、更新された
パラメータに含まれる誤差が大きいという問題点があっ
た。

本発明は上呂己問題点を解決し、内燃機関の運転状態が
変化した場合にはパラメータの更新を中止する手段を備
えるとともに、定常状態においては燃料噴射量に予め設
定された信号を重畳して、モデルの入出力量および状態
量を摂動させてパラメータを更新することにより、モデ
ル化誤差の小さい定常状態において、パラメータを同定
する手段を備えた内燃機関の燃料噴射制御装置を提供す
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は以下のよう
に構成される。

即ち内燃機関Ｍ１の各気筒Ｍ２のインジェクタＭ３近傍
における燃料の動的挙動を表すシミュレーションモデル
を使用し、インジェクタＭ３近傍の吸気管内壁面Ｍ４に
付着する壁面付着燃料量ｆｗを演算する燃料挙動シミュ
レーション手段Ｍ５と、燃料挙動シミュレーション手段
Ｍ５の出力に基づき、インジェクタからの燃料噴射量を
制御する燃料噴射量制御手段Ｍ６と、内燃機関Ｍ１の排
気管Ｍ７に設置された空燃比センサｖ８の出力に基づい
て燃料挙動シミュレーション手段Ｍ５および燃料噴射量
制御手段Ｍ６の演算で使用するパラメータＰ−Ｒを同定
し燃料挙動シミュレーション手段Ｍ５および燃料噴射量
制御手段Ｍ６に出力する燃料挙動シミュレーションモデ
ルパラメータ同定手段Ｍ９と、内燃機関Ｍ１の運転状態
を監視する運転状態監視部Ｍ１０と、運転状態監視部Ｍ
１０の出力に基づき内燃機関Ｍ１の運転状態が定常状態
とみなすことができる場合にモデルパラメータの同定を
許容する許可信号Ｓを出力するモデルパラメータ同定制
御手段Ｍ１１と、予め設定された振幅Ａと周期Ｔを有す
る既知信号を発生する信号発生手段Ｍ１２と、信号発生
手段Ｍ１２の出力を燃料噴射量制御手段Ｍ６の出力に重
畳する信号重畳手段Ｍ１３と、から構成される。

［作用コ 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、既知の信号の重畳された燃料噴射量制御信号
により燃料噴射量が摂動され、これに対応して排気ガス
の空燃比が変動する。内燃機関の定常運転状態において
は、この変動する空燃比に基づきインジェクタ近傍の燃
料挙動シミュレーションモデルのパラメータを同定し、
この同定されたパラメータに基づき壁面付着燃料量の推
定値が算出され、これらの値から各気筒に対して燃料噴
射量が算出される。

さらにスロットル弁開度が大幅に変化した場合等のよう
に内燃機関の運転状態が大幅に変化した場合には、モデ
ルパラメータ同定制御手段から出力されるモデルパラメ
ータ同定の許可信号が中断し、モデルパラメータは前の
値を維持する。

［実施例］ 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質量流量に比例
した電気信号を出力する。この電気信号は制御回路１０
のＡ／Ｄコンバータ１０１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７２Ｄ°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１０２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１０１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１０１、入出力インターフ
ェース１０２、ＣＰＵ１０３、ＲＯＭ１０４、ＲＡＭ１
０５、バックアップＲＡＭ１０６、クロック発生回路１
０７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が全閉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１０２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１０８、フ
リップフロップ１０９および駆動回路１１０はインジェ
クタ７を制御するためのものである。即ち燃料噴射量演
算ルーチンで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１０８に設定され同時にフリップフロ
ップ１０９もセット状態とされる。この結果駆動回路１
１０がインジェクタ７を付勢する。ダウンカウンタ１０
８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１０８の値が零となったときにフリップフロッ
プ１０９をリセットし駆動回路１１０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ｌの各気筒に供給される。

このように構成された燃料噴射量制御装置において機関
に供給される燃料の動的挙動は以下の様に演算される。

即ちインジェクタ近傍の燃料の質量収支を得るたｔ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Ｃｖを考える。

時刻を表すインデックスをに 時刻ｋにＣＶに流入する燃料流量をｆｉ（ｋ）時刻ｋに
壁面に付着している燃料量をｆｗ（ｋ）時刻ｋ　ｉ：　
ＣＶから流出する燃料流量をｆｃ（ｋ）流入燃料流量ｆ
ｉ（ｋ）のうち壁面に付着する割合をＲ 壁面付着燃料量ｆｗ（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）　−Ｐ−ｆｗ　（ｋ−１）＋Ｒ−ｆ　ｉ　
　（ｋ−１）　　　　　（１）ｆ　Ｃ（ｋ）＝　　（１
−Ｐ）　　・ｆｗ（ｋ）÷　（１−Ｒ）　　・　ｆ　ｉ
　　（ｋ）　　　　　（２）よって各気筒に流入する空
気流量ｍｃを求めることができれば、理論燃空比λｒを
得るために各気筒に実際に注入するべき燃料流量ｆｃｒ
（ｋ）は次式から求於ることができる。

ｆｃｒ（ｋ）＝λｒ−ｍｃ　（ｋ）　　　　（３）従っ
てＣＶ内の燃料の動的挙動を表す（１）および（２）式
が実際の燃料の動的挙動と一致するならば、 ｆｃｒ　　（ｋ）＝ｆｃ　　（ｋ）　　　　　　　（４
）とし、（１）式から定まるｆｗ（ｋ）を用いれば、理
論燃空比λｒを得るた於にインジェクタ７から噴射され
るべき燃料流量ｆｉ（ｋ）は（２）式かｆ　　ｉ　　（
ｋ）　　＝　　（ｆ　ｃｒ　　（ｋ）（１−Ｐ）　　・
　ｆｗ　　（ｋ））／　（１−Ｒ）　　（５）として求
めることができる。

従って２つのパラメータＰ−Ｒが定まれば（１）式およ
び（５）式を順次解くことにより、燃料流量ｆｉ（ｋ）
を演算することができる。

すなわち（１）式は第１図の燃料挙動シミュレーション
手段Ｍ５を構成し、（５）式は第１図の燃料噴射量制御
手段Ｍ６を構成する。

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。

く１）下記（６）式により算出する。

ｍｃ　（ｋ）　−（β＋　　・ＮｅＰｉ−β２　’Ｎｅ
）／Ｔｉ　　　　　　　　　　　（６） ただしＮｅ＝内燃機関回転数 Ｐｉ＝吸気管圧力 Ｔ１−吸気温度 β１、β２一定数 （２）吸気管圧力Ｐ１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Ｔ】で補正してｍｃ　　（ｋ）を求める。

（３）エアフローメータ３の検出値から推定する。

しかしながら（１）および（５）式中のパラメータＰ、
Ｒは、内燃機関の運転状態あるいは経年変化によって変
動するため、第１図の燃料挙動シミュレーションモデル
パラメータ同定手段Ｍ９においてパラメータＰ−Ｒが逐
次下記の手法で同定される。

即ち、内燃機関の排気管１１に設置された空燃比センサ
１４で検出される燃空比をλとすれば、実際に各気筒に
流入する燃料流量ｆｃは次式により演算される。

ｆｃ（ｋ）＝λ・ｍＣ（ｋ）　　　　（７）そこで ａ　（ｋ）　＝ｆ　ｃ　ｒ　（ｋ）　−ｆ　ｃ　（ｋ）
として、下記の評価関数が最小値をとるように、周知の
最小２乗法を使用してパラメータＰ−Ｒを決定する。

ここでｈ＝同定に使用する時間ステップ数しかしながら
内燃機関の運転状態が変化する過渡状態においてはモデ
ル化誤差が顕著となり、同定されたパラメータもモデル
化誤差を含んてしまつ。

そこで運転状態監視手段Ｍ１０により計測された内燃機
関の運転状態を代表する計測値に基づき過渡状態におい
て、モデルパラメータ同定制御手段Ｍ１１は、同定許可
信号をオフとする。即ち同定許可信号は例えば図示され
ていないスロットル弁開度検出器によりスロットル弁の
開度が規定値以上変動した場合にオフとされる。

第４図に本発明に係る燃料噴射量制御を実行するた袷の
ルーチンを示す。

ステップ４０１で各気筒に吸入される空気量ｍＣを算出
するために内燃機関回転数Ｎｅ、吸気管圧力Ｐ１を読み
込む。

ステップ４０２で（３）式に基づき各気筒に対する目標
燃料注入量ｆｃｒ（ｋ）を算出する。

次にステップ４０３で内燃機関が定常運転状態とみなす
ことができるか否かを判定し、否定判定された場合はス
テップ４０４に進む。

ステップ４０４においては（５）式に基づき各気筒に対
する燃料噴射量ｆｉ（ｋ）が算出され、引き続きステッ
プ４０５で（１）式に基づき壁面付着燃料量ｆｗ（ｋ）
が算出され、このルーチンの実行を終了する。

逆にステップ４０２で肯定判定された場合はステップ４
０６に進み（５）式に基づき基本燃料噴射量ｆｉ’（ｋ
）を算出する。

次にステップ４０７で基本燃料噴射量ｆ１（ｋ）を（１
＋Ａ）倍して燃料噴射量ｆｉ（ｋ）を求める。

ここでＡは両振幅Ａ周期丁の方形波であり、燃料噴射量
ｆｉ（ｋ）は基本燃料噴射量ｆ１“　（ｋ）を中心とし
て両振幅Ａで摂動されることとなる。

その後ステップ４０８で（１）式に基づき壁面付着燃料
量ｆｗ（ｋ）が演算される。このとき、（１）式の右辺
第２項には、方形波の重畳された燃料噴射量ｆｉ（ｋ）
ではなく基本燃料噴射量ｆｉ’（ｋ）を使用する。

この理由はｆｉ（ｋ）を使用して壁面付着燃料量ｆｗ（
ｋ）を演算した場合は、ステップ４０７で（１＋Ａ）倍
したときに、正確な方形波が重畳されずに、オーバーシ
ュートする方形波が重畳され、この結果排気ガスの性状
を悪化させるおそれが生じる。一方基本燃料噴射量ｆ１
′　（ｋ）を使用した場合は、正確な方形波が重畳され
、上記のような問題は発生しない。

第５Ａおよび５Ｂ図に、壁面付着燃料量ｆｗ（ｋ）の演
算にそれぞれｆ　ｉ　　（ｋ）を使用した場合、ｆｉ’
（ｋ）を使用した場合の波形を示す。

ステップ４０８実行後ステップ４０９に進み周知の最小
２乗法を使用してパラメータＰおよびＲを同定し、この
ルーチンを終了する。

［発胡の効果コ 本発明による内燃機関の燃料噴射制御装置によれば以下
に示す利点を得ることが可能となる。

（１）内燃機関の運転状態が変化した場合にはパラメー
タの同定を中断し、中断以前のパラメータを使用して、
各気筒に対する燃料注入量を演算することにより各気筒
に流入する燃料流量が不連続に変化し、ドライバビリテ
ィ、排気ガス性状を悪化することを防止する。

（２）機関の定常運転状態においても、既知の信号を燃
料噴射量信号に重畳させて燃料噴射量を摂動することに
より、正確なモデルパラメータの更新をおこなうことが
できる。

【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図、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図は本発明に係る燃料噴射量制御を実行するための
フローチャート、 第５図は方形波が重畳された燃料噴射量を示す図である
。 図において Ｍｌ・・・内燃機関、 Ｍ２・・・気筒、 Ｍ３・・・インジェクタ、 Ｍ４・・・吸気管内壁面、 Ｍ５・・・燃料挙動シミュレーション手段、Ｍ６・・・
燃料噴射量制御手段、 Ｍ７・・・排気管、 Ｍ８・・・空燃比センサ、 Ｍ９・・・ｍｕｓ動シミュレーションモデルパラメータ
同定手段、 Ｍ１０・・・運転状態監視手段、 Ｍ１１・・・モデルパラメータ同定制御手段、Ｍ１２・
・・方形波発生手段、 Ｍ１３・・・方形波重畳手段、 Ｍ１４・・・加算手段。 燃料の動的挙動を表すモデル 第３図 燃料噴射ルーチン ｓ４図 オーバーシェードのある方形波の重畳された燃料噴射量
第５Ａ図 方形波の重畳された燃料噴射量 第５８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、内燃機関（Ｍ１）の各気筒（Ｍ２）のインジェクタ
   （Ｍ３）近傍における燃料の動的挙動を表すシミュレー
   ションモデルを使用し、該インジェクタ（Ｍ３）近傍の
   吸気管内壁面（Ｍ４）に付着する壁面付着燃料量を演算
   する燃料挙動シミュレーション手段（Ｍ５）と、 該燃料挙動シミュレーション手段（Ｍ５）の出力に基づ
   き、前記インジェクタからの燃料噴射量を制御する燃料
   噴射量制御手段（Ｍ６）と、から構成される内燃機関の
   燃料噴射量制御装置において、 前記内燃機関（Ｍ１）の運転状態を監視する運転状態監
   視手段（Ｍ１０）と、 該運転状態監視手段（Ｍ１０）の出力に基づき該内燃機
   関（Ｍ１）の運転状態が定常状態とみなすことができる
   場合にモデルパラメータの同定を許容する許可信号を出
   力するモデルパラメータ同定制御手段（Ｍ１１）と、 予め設定された振幅と周期を有する既知信号を発生する
   信号発生手段（Ｍ１２）と、 該信号発生手段（Ｍ１２）の出力を前記燃料噴射量制御
   手段（Ｍ６）の出力に重畳する信号重畳手段（Ｍ１３）
   と、 前記モデルパラメータ同定制御手段（Ｍ１１）が許可信
   号を出力したときに、前記加算手段（Ｍ１４）から出力
   される既知の振幅と周期を有する方形波の重畳された燃
   料噴射量に応答する前記内燃機関（Ｍ１）の排気管（Ｍ
   ７）に設置された空燃比センサ（Ｍ８）の出力に基づい
   て、前記燃料挙動シミュレーション手段（Ｍ５）および
   前記燃料噴射量制御手段（Ｍ６）の演算で使用するパラ
   メータを同定する燃料挙動シミュレーションモデルパラ
   メータ同定手段（Ｍ９）と、が設置されることを特徴と
   する燃料噴射量制御装置。