JPS6368734A - 内燃機関の燃料供給制御装置 - 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、出力トルクに相関したパラメータを検出して
、空燃比を補正する内燃機関の燃料供給制御装置に関す
る。

（従来の技術） 一般に、ある運転状態においてエンジンが要求する燃料
の量は、そのときのエンジンの吸入空気量を重要な一つ
のパラメータとしている。

従来のこの種の吸入空気量からエンジンの要求する燃料
の量を決定する内燃機関の燃料供給制御装置としては、
例えば「新編自動車工学便覧第４編」（昭和５８年９月
３０日自動車技術会発行）に記載されたものがある。こ
の装置では、吸気管内に設けられたエアフローメータの
計量板の回転変位から定常状態の空気流量を検出し、ポ
テンションメータで電気信号に変換する。この電気信号
はコントロールユニットに入力され、エンジン回転数に
対応する所定のトリガで分割される。分割された電気信
号は気筒毎の吸入空気量に対応しており、これに基づい
て空燃比が目標空燃比となるように燃料供給量が決定さ
れる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来の燃料供給制御装置にあ
っては、定常状態における吸入空気量から目標空燃比に
対応した燃料供給量を決定するという構成になっていた
ため、例えば、自動車を急加速等（以下、過渡運転とい
う）させる際に、絞り弁を急激に開くと流入空気が急激
に増加し、その空気流量に基づいて燃料供給量が決定さ
れ給気管内に供給される。ところが、給気管の内圧は上
述した空気流量の急激な増加によって高められており、
供給された燃料は凝縮して液状燃料となる。

液状燃料の発生は管壁に付着滞留する一部無効燃料を生
じ、燃焼室に流入する混合気を一時的に希薄にさせる。

したがって、過渡運転に要求される適切な空燃比が得ら
れないので（すなわち、目標空燃比から外れる）、スロ
ットル開度にエンジンの出力トルクが追随せず、加速性
能をはじめとして過渡運転時の運転性が悪化するという
問題点があった。

（発明の目的） そこで本発明は、過渡運転時のエンジンの出力トルクと
相関するパラメータを学習記憶し、この学習値に基づい
て過渡運転時の混合比を補正することにより、過渡運転
時における大幅な空燃比の変動を解消して、運転性を向
上させることを目的としている。

（問題点を解決するための手段） 本発明による内燃機関の燃料供給制御装置は上記目的達
成のため、その基本概念図を第１図に示すように、エン
ジン負荷、回転数等をパラメータとしてエンジンの運転
状態を検出する運転状態検出手段ａと、エンジンの燃焼
室内圧力を検出する圧力検出手段すと、圧力検出手段す
の出力に基づいてエンジンの出力トルクに相関するパラ
メータを演算するパラメータ演算手段Ｃと、エンジンが
所定の過渡状態に移行したことをネ★出する過渡検出手
段ｄと、前記過渡状態に移行している間のエンジンの出
力トルクに相関するパラメータを学習し、記憶する学習
手段ｅと、エンジン負荷および回転数に基づいて燃料の
基本供給量を演算するとともに、エンジンが所定の過渡
状態にないとき該基本供給量に基づいてエンジンへの燃
料供給量を決定し、所定の過渡状態に移行すると学習手
段ｅの出力に基づき該基本供給量を補正して燃料供給量
を決定する供給量決定手段ｆと、供給量決定手段ｆの出
力に基づいてエンジンに燃料を供給する燃料供給手段ｇ
と、を備えている。

（作用） 本発明では、エンジンが過渡運転状態に移行すると、そ
のときの出力トルクと相関するパラメータが学習記憶さ
れ、該学習値に基づいて次回の過渡運転時の燃料供給量
が補正される。したがって、過渡運転時の空燃比の大幅
な変動が抑制され、運転性が向上する。

（実施例） 以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第２〜１０図は本発明の第１実施例を示す図である。

まず、構成を説明する。第２図において、１はエンジン
であり、吸入空気は図示しないエアクリーナより吸気管
２を通して各気筒に供給され、燃料は噴射信号Ｓｔに基
づいてインジェクタ（燃料供給手段）３により噴射され
る。そして、気筒内の混合気は点火プラグ４の放電作用
によって着火、爆発し、排気となって排気管５を通して
図示しない触媒コンバータに導入され、触媒コンバータ
内で排気中の有害成分（Ｃｏ、ＨＣ，Ｎ０ｘ）を三元触
媒により清浄化して排出される。

吸入空気の流量はエアフローメータ６により検出され、
アナログ値を有する電気信号ＱとしてＡ／Ｄ変換器７に
出力される。Ａ／Ｄ変換器７はこの電気信号Ｑをディジ
タル信号Ｑａに変換して、マイクロコンピュータ８に出
力する。

一方、９は筒内圧センサ（圧力検出手段）であり、筒内
圧センサ９は燃焼室（気筒）内の燃焼圧力を圧電素子に
よって電荷に変換し、電荷信号Ｓ１を出力する。筒内圧
センサ９は具体的には第３図（ａ）、（ｂ）にその詳細
を示すように、シリンダヘッド１０に螺着されて点火プ
ラグ４の座金として形成され、シリンダヘッド１０の外
側凹所に点火プラグ４の締付は部４ａによって押し付け
られて固定される。

チャージャアンプ１１はオペアンプＯＰ、入力抵抗Ｒ１
、帰還抵抗Ｒ２および積分コンデンサＣからなるいわゆ
る電荷−電圧変換増幅器を構成し、センサ出力Ｓ１を電
圧信号Ｓ２に変換してＡ／Ｄ変換器１２に出力する。Ａ
／Ｄ変換器１２は電圧信号Ｓ２をディジタル信号Ｓ３に
変換してマイクロコンピュータ８に出力する。また、エ
ンジンのクランク角はクランク角センサ１３により検出
され、クランク角センサ１３はクランク角の２°に対応
する単位信号Ｓ４と気筒判別用の判別信号Ｓ、をマイク
ロコンピュータ８に出力する。なお、上記エアフローメ
ータ６およびクランク角センサ１３は、運転状態検出手
段１４を構成している。

マイクロコンピュータ８はパラメータ演算手段、過渡検
出手段、学習手段および供給量決定手段としての機能を
有し、ＣＰＵ２１、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３およびＩ１
０ボート２４より構成される。ＣＰＵ２１はＲＯＭ２２
に書き込まれているプログラムに従ってＩ１０ボート２
４より必要とする外部データを取り込んだり、また、Ｒ
ＡＭ２３との間でデータの授受を行ったりしながら演算
処理し、必要に応じて処理したデータをＩ１０ボート２
４へ出力する。

Ｉ１０ポート２４にはＡ／Ｄ変換器７．１２および運転
状態検出手段１４からの信号が入力されるとともに、Ｉ
１０ボート２４からは噴射信号（インジェクタ駆動パル
ス）Ｓｉが出力される。ＲＯＭ２２はＣＰＵ２１におけ
る演算プログラムを格納し、また、ＲＡＭ２３は演算に
使用するデータや演算結果等を一時的に格納するいわゆ
るワーキングメモリである。

次に、作用を説明する。

一般に、加速等の過渡運転時にエンジンに供給される燃
料の量は、吸入空気量とほぼ比例する関係にある。加速
等による吸入空気量の急激な増加は、吸入管内圧を高め
燃料の凝縮作用を促進して液状燃料を発生させ、この液
状燃料の一部は管壁に付着滞留して、燃焼に関与する燃
料を大幅に減少させる。このような過渡運転時の状態と
して、例えば加速の場合を例にとると、第８図（ａ）に
示すように加速の直後、空燃比が大幅に希薄状態（ＬＥ
ＡＮ）となり以後徐々に目標に近づく。このときの検出
筒内圧の変化を見ると同図（ｂ）に実線で示すように、
加速の直後大幅に落ち込み空燃比の目標値への接近に伴
って徐々に増加し、一定値に安定する。ここで、加速に
要求される目標筒内圧（吸入空気量とほぼ等しい）は破
線で示される。そこで本実施例では、検出筒内圧と目標
筒内圧の差（すなわち出力トルクの差）は、管壁に付着
滞留した無効燃料分に相当するという因果関係に着目し
、過渡運転状態を検出してそのときの出力トルクに相関
するパラメータを求めるとともに、このパラメータを学
習値として記憶する。さらに、再び過渡運転状態になっ
たときは、上記学習値に基づいて燃料供給量を補正し、
過渡運転時の空燃比を適切に制御する。

第４〜６図は上記基本原理に基づく本発明の第１実施例
を示す燃料供給制御プログラムのフローチャートである
。

第４図は燃料噴射量を決定するための割込サブルーチン
プログラム（以下、ＩＲＱＩという）を示すフローチャ
ートであり、このＩＲＱＩは、気筒判別信号Ｓ、が入力
される毎に一度実行される。

まず、Ｐ、で気筒判別信号Ｓ、の入力間隔からエンジン
回転数Ｎを演算し、Ｐ２で吸入空気量Ｑａを読込む。次
いで、Ｐ、でＮ、Ｑａの関数として燃料の基本供給量’
ｒｐを演算し、これは例えば、次式■に従って求める。

Ｑａ Ｔ　ｐ　＝　Ｋ　Ｘ　　□　　・・・・・・■但し、Ｋ
：定数 Ｎ：回転数 Ｐ４では、次式■に従って過渡運転状態の開始を検出す
る。

但し、Ｔｐ　：今回の基本供給量 ＴＦＯＬｏ：前回の基本供給量 Ｃｏ　二所定値 すなわち、基本供給量’ｒｐの変化率が所定値ＣＯより
も大きいときは、吸入空気量Ｑａが増加傾向にあり、こ
のことはエンジンが過渡状態に入ったことを示している
。このように過渡状態の開始が検出されるとＰ、でカウ
ンターをクリアーし、Ｐ、で燃料供給１ｔＴｐ’を、次
式〇に従って演算して、Ｐ７で積算基本過渡補正量ΣＣ
ｐｗｏをクリアーする。

’ｒｐ’＝’ｒｐ十学習値　・・・・・・■Ｐ、では指
定の噴射時期になると、増量補正された燃料供給ｆｆ１
Ｔｐ’に対応した噴射パルス幅を有するインジェクタ駆
動信号（噴射信号）Ｓｉを出力する。Ｐ、では基本供給
１ｉｔＴｐをＴＰＯＬＤとして格納しＩＲＱＩを終了す
る。

一方、Ｐ４で基本供給量’ｒｐの変化率（Ｔ　ｐ　／Ｔ
　、、ＬＤ）が所定値ＣＯ以下のときはＰｌ。に進み、
カウンター値と所定値Ｃ１を比較して、次表１に示す過
渡運転の状態を判別する。

表１ 仮に、過渡運転の状態が継続中であると判別されたとき
は、Ｐ、においてカウンター値を＋１カウントアツプし
、ｐ＋ｚで積算基本過渡補正量ΣＣＰＷＯを、次式■に
従って演算し演算結果を格納する。

ΣＣ１゜；ΣＣ１゜−１＋ＰＭＯ３・・・・・・■但し
、ΣＣＰＩＩＩＯ−１：前回のΣＣＰＩＩＩＯＰｏｏｓ
　　　　：Ｐｉ’、Ｐｉの関数として求めた補正量 ＰＩ３では基本供給量’ｒｐを燃料供給量Ｔｐ′に置換
し、Ｐ、てこの燃料供給量Ｔｐ’に基づいてインジェク
タ駆動信号Ｓｉを出力する。

一方、ＰＩＯにおいて過渡運転の状態が終了したと判別
されたときは、Ｐｌ４で予めＲＡＭ２３に割り付けられ
ている学習マツプのエリア指定を行う。

このエリア指定は加速条件に基づいたアドレス指定によ
り行われ、具体的にはエンジン回転数と基本供給量の変
化率（Ｔ　ｐ／　Ｔ　ＰＯＬｌｌ）とに基づいた二次元
マツプのアドレス指定、あるいは、上述した２つのパラ
メータに水温等のパラメータを加えた三次元マツプのア
ドレス指定により行われる。

このようにして、学習マツプのエリアが指定されると、
Ｐｌ５でこのエリアに記憶されている学習値が、次式■
に従って更新される。

学習値−ΣＣＰＷＯ・・・・・・■ 但し、Σｃｒｈｏ　　：積算基本過渡補正量すなわち、
学習マツプの各エリアには加速条件（過渡運転の状態に
対応する）毎の基本過渡補正量ＣＰＷ。の積算値が記憶
される。

第５図は出力トルクに相関するパラメータを求めるため
の割込サブルーチンプログラム（以下、ＩＲＱ２という
）を示すフローチャートであり、このＩ　ＲＱ２はクラ
ンク角の単位信号Ｓ４が入力される毎に一度実行される
。

まず、ＰＺＩで単位信号Ｓ４に基づいて現在のクランク
角度（割込タイミングのクランク角度）θを演算し、Ｐ
ｌ２で燃焼圧力信号Ｓ３を読み込み、この燃焼圧力Ｓ３
を現在の気筒内圧Ｐに置き換える。次いで、ＰＸ３で割
込タイミングのクランク角度θに対応する気筒内容積■
を求めるとともに、このＶと前回の気筒内容積Ｖ′との
気筒内容積差Δ■（ΔＶ＝Ｖ’−Ｖ）を演算する。Ｐ２
４では気筒内圧Ｐと気筒内圧容積差ΔＶとを乗算してＰ
Δ■を求める。このＰΔＶはいわゆるＰ−■線図におけ
る所定クランク角度（例えば２°）あたりの面積であり
、後述する検出図示有効圧力Ｐｉを求めるための単位面
積となる。次いで、Ｐｕｓでは今回の割込タイミングク
ランク角度θに対応して求めたＰΔ■と前回までのＰΔ
Ｖの累積値ＳＵＭを加算し、クランク角度Ｏ°判定ステ
ップＰｔｂに進む。ＰＺ＆ではクランク角度がＯｏのと
き、Ｐ２？に進み累積値ＳＵＭを検出図示有効圧力Ｐｉ
として置き換える。さらに、ｐｚｓで累積値ＳＵＭをク
リアーし、Ｉ　ＲＱ２を終了する。

一方、ｐｚｂでθ≠０°のときは、累積値ＳＵＭＯ値が
いわゆるＰ−Ｖ線図における閉曲面の面積にまだ到達し
ていないと判断し、現在までのＳＵＭＯ値を保留したま
まＴＲＱ２を終了する。このようにして、出力トルクに
相関するパラメータが得られるが、要は区分求積法に基
づくものならこの方法に限らず、他の方法によって求め
てもよい。

第６図は基本過渡補正量を求めるためのバックグランド
ジョブプログラム（以下、ＢＧＪという）を示すフロー
チャートであり、上述したＴＲＱｌ、Ｉ　ＲＱ２が実行
されない間、常に行われるプログラムである。

まず、Ｐｆｆｌは目標図示有効圧力ｐ　ｉＩを演算する
ステップであり、これはエンジン回転数Ｎと燃料の基本
供給ｆｆ１Ｔｐの関数として求める。次に、Ｐａｌは基
本過渡補正’ｆｋｃｐｂ＝。を求めるステップであり、
目標図示有効圧力Ｐｉ′と検出図示有効圧力Ｐｉから求
められる。このことを説明すると、インジェクタから供
給された燃料は加速等の過渡運転時において、燃焼分と
壁面付着等による未燃読分とに分割される。したがって
、この未燃読分に相当する燃料を増量することで、過渡
運転時の空燃比を適切に補正できる。補正の概念は第７
図に示される。すなわち、同図において、目標となる図
示有効圧力Ｐｉ′と検出された図示有効圧力Ｐｉとの差
が差値ａであれば空燃比がｂなる量だけリッチになるよ
うに基本過渡補正ｉｃｐ＋、Ｉｏが決定される。さらに
、このことを具体的に述べると、燃料供給量と図示有効
圧力との関係は、次式■で表される。

燃料供給量：未燃読分＝Ｐｉ’：Ｐｉ　　・・・・・・
■但し、Ｐｉ′：目標図示有効圧力 Ｐｉ　：検出図示有効圧力 上式■より未燃読分を求める式に展開すると、次式■の
とおりとなる。

このようにして求められた未燃読分はすなわち、基本過
渡補正量Ｃ１゜とじて決定される。この基本過渡補正量
ＣＰＷ。は前述したＩＲＱＩの実行過程において過渡運
転の間積算され、第８図（Ｃ）の斜線で示す面積（積算
基本過渡補正量ΣＣＰＩＩＩ。

に相当する）が求められる。また、積算基本過渡補正量
ΣＣ工。は同様にＩＲＱＩにおいて加速条件に対応した
マツプエリアに学習値として記憶され、該当する加速条
件の過渡運転が再現したとき、この学習値が読み出され
る。読み出された学習値はそのときの基本供給ＩＴｐに
対する増量補正値として用いられ、これにより、過渡運
転時の燃料供給量が適切に補正される。すなわち、補正
後の空燃比は第８図（ｄ）に示すように大幅なリーン化
が回避され、はぼ目標筒内圧に沿った特性となって加速
等における過渡運転性能が向上する。また、本実施例で
は過渡運転時のデータを学習値として記憶しているので
、第８図（ｅ）に示すように過渡時の応答性が早いとい
う特徴がある。

なお、本実施例による実験結果を第９．１０図に示す。

第９図において３種類の折れ線グラフで示す仕様■〜■
の内容は、次表２のとおりである。

表２ 実験の方法は第１０図に示すように、スロットルスイッ
チをＯＮにしてから検出図示有効圧力Ｐｉが目標図示有
効圧力Ｐｉ’に到達する同図中Ｔで示す位置までの時間
を測定することにより行った。第９図から明らかなよう
に、本実施例によれば目標図示有効圧力Ｐｉ’までの到
達時間が１／３程度に短縮され、大幅な加速性能の向上
が確認された。

第１１図は本発明の第２実施例を示す図である。

なお、第１実施例との相違点は燃料噴射量を決定する割
込サブルーチンプログラム（ＩＲＱＩ）において、過渡
運転の開始直後の燃料噴射タイミングを割込噴射とした
点である。すなわち、Ｐ４で過渡運転の開始が判別され
ると、Ｐ、でＣ０ＵＮＴをＯとした後ｒＰ４Ｊで割込噴
射量Ｔｐ’が、次式〇に従って演算される。

’ｒｐ“＝学習値　・・・・・・■ ■式において、学習値はそのときの加速条件に基づいて
学習マツプの所定のエリアからルックアップされた学習
値である。次いで、「Ｐ４□」で割込噴射量Ｔｐ″に対
応した噴射パルス幅を有するインジェクタ駆動信号（噴
射信号）Ｓｔが出力される。このときの出力タイミング
は、割込噴射量Ｔｐ“が入力したタイミングであり、す
なわち、過渡運転の開始のタイミングと合致する。この
ように、本実施例では過渡運転の開始のタイミングに合
わせて燃料の割込噴射を行っているので、第１実施例に
比較して過渡運転時の応答性を格段に向上させることが
できる。

第１２図は本発明の第３実施例を示す図であり、第１実
施例との相違は燃料噴射量を決定する割込サブルーチン
プログラム（ＩＲＱＩ）において、加速条件の判別方法
を基本供給量’ｒｐの変化量から求める点にある。すな
わち、ｒＰｓｌ」で今回の基本供給量Ｔｐと前回の基本
供給量Ｔ、ｏＬＤの変化量ΔＴｐ　　（ΔＴ　ｐ＝　Ｔ
　Ｉ）　　Ｔ　ＰＯＬＤ）を求め、この変化量Δ’ｒｐ
と所定値Ｃｏとを比較して過渡運転状態の開始を判別す
る。開始と判別されたときは、Ｐ、でカウンターをクリ
アーし、ｒＰｓｚＪで燃料供給量Ｔｐ′を、次式■に従
って演算する。

’ｒｐ　’　＝’ｒｐ＋Δ’ｌ’　ｐ　Ｘ学習値　・・
・・・・００式において、変化量ΔＴｐは加速の大きさ
に対応して変化することから、この値は加速条件を示す
指標となる。また、学習値は予め記憶されていた前回過
渡運転時の積算基本過渡補正量ΣＣ７゜であり、この学
習値はｒＰｓ３ｊにおいて過渡運転の都度更新される。

このように、本実施例では学習値の記憶エリアを単一な
ものとしているので、学習マツプを用いた方法と比して
、メモリー容量が少なくてすみ、さらに、学習値の読み
出しに要する時間も早い。したがって、制御精度が向上
して、過渡運転時の応答性が向上する。

第１３図は本発明の第４実施例を示す図である。

本実施例は第３実施例とほぼ同一であり、相違点は燃料
噴射量を決定する割込サブルーチンプログラム（ＩＲＱ
Ｉ）において、過渡運転の開始直後の燃料噴射タイミン
グを割込噴射とした点である（ｒＰ＆ＩＪ参照）。本実
施例では過渡運転の開始のタイミングに合わせて割込燃
料ｆｔＴｐ″が出力される。したがって、より応答性に
優れた過渡運転時の空燃比制御ができる。

（効果） 本発明によれば、学習記憶された過渡運転時の出力トル
クと相関するパラメータに基づいて過渡運転時の混合比
を補正しているので、過渡運転時における大幅な空燃比
の変動を解消でき、運転性を向上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２〜１０図は本発明の
第１実施例を示す図であり、第２図はその概略構成図、
第３図（ａ）はその筒内圧センサの取付状態を示す断面
図、第３図（ｂ）はその筒内圧センサのみの平面図、第
４図はその燃料噴射量を決定するための割込サブルーチ
ンプログラム（ＩＲＱＩ）を示すフローチャート、第５
図はその出力トルクに相関するパラメータを求めるため
の割込サブルーチンプログラム（ＩＲＱ２）を示すフロ
ーチャート、第６図はそのバックグランドジョブプログ
ラム（ＢＧＪ）を示すフローチャート、第７図はその補
正の概念を示す特性図、第８図（ａ）〜（ｅ）はその作
用を説明するための図、第９図はその効果を説明するた
めのグラフ、第１０図（ａ）、（ｂ）はその実験の方法
を示すタイミングチャート、第１１図は本発明の第２実
施例を示すその燃料噴射量を決定するための割込サブル
ーチンプログラム（ＩＲＱＩ）を示すフローチャート、
第１２図は本発明の第３実施例を示すその燃料噴射量を
決定するための割込サブルーチンプログラム（Ｉ　ＲＱ
Ｉ）を示すフローチャート、第１３図は本発明の第４実
施例を示すその燃料噴射量を決定するための割込サブル
ーチンプログラム（ＩＲＱｌ）を示すフローチャートで
ある。 ３・・・・・・インジェクタ（燃料供給手段）、８・・
・・・・マイクロコンピュータ（パラメータ演算手段、
過渡検出手段、学習手段、供 給量決定手段）、 ９・・・・・・筒内圧センサ（圧力検出手段）、１４・
・・・・・運転状態検出手段。

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）エンジンの燃焼室内圧力を検出する圧力検出手段と
   、 ｃ）圧力検出手段の出力に基づいてエンジンの出力トル
   クに相関するパラメータを演算するパラメータ演算手段
   と、 ｄ）エンジンが所定の過渡状態に移行したことを検出す
   る過渡検出手段と、 ｅ）前記過渡状態に移行している間のエンジンの出力ト
   ルクに相関するパラメータを学習し、記憶する学習手段
   と、 ｆ）エンジン負荷および回転数に基づいて燃料の基本供
   給量を演算するとともに、エンジンが所定の過渡状態に
   ないとき該基本供給量に基づいてエンジンへの燃料供給
   量を決定し、所定の過渡状態に移行すると学習手段の出
   力に基づき該基本供給量を補正して燃料供給量を決定す
   る供給量決定手段と、 ｇ）供給量決定手段の出力に基づいてエンジンに燃料を
   供給する燃料供給手段と、 を備えたことを特徴とする内燃機関の燃料供給制御装置
   。