JPH01211633A - 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なく、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によって異
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
０□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
スの低滅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、次のような問題点があった。

すなわち、壁面付着量が多く、かつその蒸発率が高いよ
うな機関では０□センサのフィードバックにより燃料噴
射量がハンチングしてしまうという不具合が発生ずるこ
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、排出ガスの空燃比を検出し、該空燃比
によりエンジンのシリンダ内に流入した燃料量を演算す
るとともに、該燃料量が運転状態に応じて設定された目
標燃料量に一致するように燃料噴射量を決定することに
より、壁面付着燃料量による燃料伝達系の遅れを除去し
て、シリンダ内の空燃比を適切なものとし、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
成のためその基本概念図を第１図に示すように、エンジ
ンの運転状態を検出する運転状態検出手段ａと、排出ガ
スの空燃比を検出する空燃比検出手段すと、エンジンの
シリンダ内に流入する空気量を検出する空気量検出手段
Ｃ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ｄと、空燃比検出手段すの出力および
空気量検出手段Ｃの出力に基づいてエンジンのシリンダ
内に流入した燃料量を演算するとともに、該燃料量と前
回までの燃料噴射量とに基づき壁面付着燃料量を推定す
る付着燃料量推定手段ｅと、前記付着燃料量と今回の燃
料量とから今回エンジンのシリンダに流入する燃料量を
予測して予測値を演算し、該予測値と前記目標燃料量と
に基づいて今回の燃料噴射量を演算する燃料噴射量演算
手段ｆと、燃料噴射量演算手段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、排出ガスの空燃比が検出され、該空燃比に
よりエンジンのシリンダ内に流入した燃料量が演算され
る。そして、該燃料量が運転状態゛　　に応じて設定さ
れた目標燃料量に一致するように燃料噴射量が決定され
る。したがって、壁面付着燃料量による燃料伝達系の遅
れが除去され、シリンダ内の空燃比を適切なものとなり
、排気エミッション特性や運転性、燃費が向上する。

（実施例） 以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第２〜７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。■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〜４ｄ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にはイグナイダ６からの高圧パルスＰｉがデ
イストリビュータフを介して供給される。点火プラグ５
ａ〜５ｄおよびデイストリビュータフは混合気に点火す
る点火手段を構成しており、点火手段８は点火信号Ｓｐ
に基づいて高圧パルスＰ１を発生して放電させる。そし
て、気筒内の混合気は高圧パルスＰｉ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
コンバータで排気中の有害成分（Ｃｏ、　　ＨＣ，Ｎ０
ｘ）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
爆発間隔（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
の所定位置、例えばＢＴＤＣ７０°で（Ｈ）レベルのパ
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Ｃ１を出力する。なお、信号ＣＩ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０２は酸素センサ（空燃比検出手段）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ＯＮ／○ＦＦはエ
アコンスイッチ１８により検出され、スタータモータの
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バッテリ２ｏがら、所定の電圧が
供給されると共に、インジェクタへの供給電圧ＶＢが人
力されている。上記吸気管圧力センサ−Ｏ、スロットル
開度センサー２、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およびスタータ
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は空気量検出手段、目標燃料
量設定手段、付着燃料量推定手段および燃料噴射量演算
手段としての機能を有し、ＣＰＵ３１、ＲＯＭ３２、Ｒ
ＡＭ３３、バックアップＲＡＭ３４、Ａ／Ｄ変換器３５
およびＩ１０ポート３６により構成れ、これらはコモン
バス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入力されるＰＭ
等をディジタル信号に変換し、ＣＰＵ３１の指示に従っ
て所定の時期にＣＰ　Ｕ３１あるいはＲＡＭ３３、バン
クアンプＲＡＭ３４に出力する。ＣＰＵ３１はＲＯＭ３
２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ＲＡＭ３３やバンクアン
プＲＡＭ３４との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埋植を演算処理し、必要に応じ
て処理したデータを工／○ポート３６へ出力する。Ｉ１
０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　Ｕ３１におけ
る演算プログラムや演算に必要なデータを格納しており
、ＲＡＭ３３は演算に使用するデータをマツプ等の形で
一時的に記憶している。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
停止後もその記録内容を保持する。

次に、コントロールユニット３０により実行されるプロ
グラムの内容に基づいて作用を説明する。

第３図はプログラムの内容を説明するためのブロック図
、第４図は各変数値の時間的位置関係を示す図であり、
以下第５〜７図に示すプログラムでは時刻にでの１つの
気筒に対する燃料噴射量ＱＦ（ｋ）の決定方法について
述べる。

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すのに十分な速さの所定時間毎に
割り込め処理される。まず、Ｐ＋　でスロットル開度信
号Ｔ　Ｈ１吸気管圧力ＰＭおよび吸気温度ＴＡをＡ／Ｄ
変換器３５により読め込み、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
ダに流入する空気量ＱＡＣ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図は排気管内の空燃比を検出するプログラムを示す
フローチャートであり、本プログラムは所定のタイミン
グ毎に一度割込み処理される。まず、Ｐｌｏで当該気筒
の排気管内の混合比ＭＲＥ（ｋ）を読込む。読込みタイ
ミングは第４図に示すように当該気筒の前回の（直前の
）爆発による排気の混合比を検出する時期であり、検出
タイミングは排気バルブ開の時点から回転速度、吸入空
気量、排気バルブから混合ＩＬ検出点までの排気ガス伝
達経路長に応じた遅れを考慮に入れた時期である。

第７図は燃料噴射パルス幅Ｔｉを演算するプログラムを
示すフローチャートであり、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
−度実行される。まず、ｐＨで第５図に示すプログラム
で演算した当該シリンダ番こ流入した空気量ＱＡＣ（ｋ
−１）　、当該シリンダに流入する空気量ＱＡＣ（ｋ）
および第６図に示すプログラムで演算した当該気筒の排
気管内の混合比ＭＲＥ　（ｋ）を読み出し、Ｐ、□でエ
ンジンの運転状態に応した目標混合比ＭＲＲ（ｋ）を読
み出す。なお、目標混合比ＭＲＲ（ｋ）は機関の運転状
態に応して決定されるものであり、定常運転状態と過渡
運転状態とでそれぞれ異なる値を有する場合であっても
よいことは言うまでもない。

また、空気量ＱＡＣ（ｋ）は当該気筒の未来値であるた
めに前述の予測を用いたが、特開昭６２−２０２４−６
号公報等に記載の方法で求めるようにしてもよい。次い
で、Ｐ＋３で空気ＩＱＡｃ　（ｋ）および目標混合比Ｍ
ＲＲ（ｋ）に基づき次式■に従って目標燃料量ＱＦＲ（
ｋ）を演算する。

ＱＦＲ（ｋ）＝ＱＡＣ（ｋ）　　÷ＭＲＲ（ｋ）・・・
・・・■ 次いで、Ｐ＋４でシリンダに流入した空気量ＱＡＣ（ｋ
−１）および混合比ＭＲＥ　（ｋ）に基づき次式■に従
ってシリンダ内に流入した燃料量ＱＦＣ（ｋ−１）を演
算し、このＱＦＣ（ｋ−１）と前回の噴射ｉＱＦ　（ｋ
−１）から現時刻にでのインテークマニホールド内壁に
付着する壁面付着燃料量ｘ（ｋ、）を推定する（推定方
法は後述する）。

ＱＦＣ（ｋ−１，）＝ＱＡＣ（ｋ−１）÷ＭＲＥ　（ｋ
）・・・・・・■ ごごに、ＭＲＥ　（ｋ）は前述のように前回の爆発によ
るシリンダ内混合比を排気混合比として検出したもので
ある。また、ＱＡＣ（ｋ−１）としては前述のＱＡＣ（
ｋ）の前回の値、あるいは、前回の吸気工程での実測値
であってもよい。次いで、Ｐ＋５で前記推定量ｘ　（ｋ
）と今回の燃料噴射量ＱＦ　（ｋ）とに基づき今回のシ
リンダ内へ流入する燃料ＩＱＦｃ　（ｋ）を推定しく推
定方法は後述する）、前回の目標燃料量ＱＦＲ（ｋ）に
前記燃料量ＱＦＣ（ｋ）が一致するように今回の燃料噴
射１ｊＱＦ　（ｋ）を算出する。Ｐ＋６では機関の構造
、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よって定まるインジェクタ
の流量特性を用いて、燃料噴射量がＱＦ　（ｋ）になる
ように次式■、■に従って今回の噴射パルス幅Ｔｉ　　
（ｋ）を算出し、このＴ１をＩ１０ボート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Ｔ１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。

Ｔｉ　　（ｋ）　−ＴＥ　（ｋ）＋ＴＳ　（ｋ）・・・
・・・■ＴＳ　（ｋ）−β３ＸＶＢ＋ｊ！４ 但し、１１〜β４　：定数 ＶＢ：バソテリ電圧 前述のｘ　（ｋ）　、ＱＦＣ，（ｋ）の推定方法につい
て説明する。

いま、ある運転動作点（初期状態）からの変化量をΔを
付けて表現するものとすると、インジェククからの排気
混合比までの燃料の伝達特性は壁面付着による燃料のシ
リンダ内への流入遅れと排気混合比検出による遅れが合
わさった形で表現され、例えば次式■あるいは次式〇の
ように示される。

・・・・・・■ ・・・・・・■ ここで、前記第４図に示すように、ΔＱＦＣ（ｋ、−１
）、ΔＱＦ　（ｋ−１）を用いることにより、次式■に
従ってΔｘ　（ｋ）の推定値Δ■（ｋ）を求めることが
できる。

・・・・・・■ 但し、Δｗ　（ｋ）　　：補助変数 ｌ　：定数（１１−β−β／ｌ＜１） いま、最も簡単な場合として第０式において１−β−β
！となるようにすれば第■弐は＝（１−−□）ＸΔＱＦ
　（ｋ） β となり、 ΔＱＦＣ（ｋ）　　−β×Δｖ　　（ｋ）＋α×ΔＱＦ
　　（ｋ）　　・・・・・・［相］となる。一方、今回
の噴射量ＱＦ　（ｋ）はその変動量△ＱＦ　（ｋ）とし
て次式■により決定される。

ここで、上記△ｙ　（ｋ）は補助変数で、偏差（八〇Ｆ
Ｒ（ｋ）−ΔＱＦＣ（ｋ））の積分量に相当するもので
あり、Ｆ、に、Ｎは以下の条件を満たす定数である。

条件■　閉ループ系（制御したとき）が安定である。

条件■　一定日標値にに一■で収束し、ΔＱＦＣがΔＱ
ＦＲと一致する。

これを満足するものとして、例えば、閉ループ系の固有
値をゼロにすれば、次式＠を得、ΔＱＦの単位入力に対
する補助変数Δｙの最終値をΔｙ２とすれば次式〇を得
る。

特に、Δｙ＊　＝Ｑとすれば、次式〇を得る。

ここで、ＱＦ　　（ｋ）　−ＱＦＯ＋ΔＱＦ　（ｋンΔ
ＱＦＲ（ｋ）　−ＱＦＲ（ｋ）−ＱＦＲＯであることは
前述の通りである（ＱＦＯ，ＱＦＲＯは該初期値を示す
）。

このように、本実施例では排気管内の混合比を検出し、
シリンダ内に流入する燃料量を算出することで、運転状
態に応じた目標燃料量にシリンダ内に流入する燃料量が
一致するように燃料噴射量が決定される。したがって、
壁面付Ｃ量による燃料伝達系の遅れが除去されるため、
シリンダ内の混合比を適切なものにすることができ、良
好な運転性を得られると共に燃費および排気エミンショ
ン特性を向上させることができる。また、機関の運転点
により、前述の伝達特性パラメータのα、βは異なるた
め、運転状態に応じてα、βを読み出し前述の補正計算
を行うようにすれば、全運転域を補正することができ、
従来例ではできないような場合にも有効である。

なお、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、排出ガスの空燃比を検出し、該空燃比
によりエンジンのシリンダ内に流入した燃料量を演算す
るとともに、該燃料量が運転状態に応じて設定された目
標燃料量に一致するように燃料噴射量を決定するように
しているので、壁面付着燃料量による燃料伝達系の遅れ
を除去して、シリンダ内の空燃比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２〜７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
図はそのブロフク図、第４図はその各変数の時間的位置
を示す図、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ト、第６図はその
排気管内の空燃比を検出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トである。 ■・・・・・・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）、１６・
・・・・・酸素センサ（空燃比検出手段）、２１・・・
・・・運転状態検出手段、 ３０・・・・・・コントロールユニット（空気量検出手
段、目標燃料量設定手段、付着燃料量 推定手段、燃料噴射量演算手段）。

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）排出ガスの空燃比を検出する空燃比検出手段と、 ｃ）エンジンのシリンダ内に流入する空気量を検出する
   空気量検出手段と、 ｄ）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、 ｅ）空燃比検出手段の出力および空気量検出手段の出力
   に基づいてエンジンのシリンダ内に流入した燃料量を演
   算するとともに、該燃料量と前回までの燃料噴射量とに
   基づき壁面付着燃料量を推定する付着燃料量推定手段と
   、 ｆ）前記付着燃料量と今回の燃料量とから今回エンジン
   のシリンダに流入する燃料量を予測して予測値を演算し
   、該予測値と前記目標燃料量とに基づいて今回の燃料噴
   射量を演算する燃料噴射量演算手段と、 ｇ）燃料噴射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
   。