JPH01232131A - 内燃機関の燃料噴射量制御装置 - Google Patents

内燃機関の燃料噴射量制御装置

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JPH01232131A
JPH01232131A JP5586988A JP5586988A JPH01232131A JP H01232131 A JPH01232131 A JP H01232131A JP 5586988 A JP5586988 A JP 5586988A JP 5586988 A JP5586988 A JP 5586988A JP H01232131 A JPH01232131 A JP H01232131A
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fuel
amount
fuel injection
internal combustion
combustion engine
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Masashi Mizukoshi
雅司 水越
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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、内燃機関のシリンダ内に流入する燃料の挙動
を記述した物理モデルに基づき設定された制御則により
燃料噴射弁からの燃料噴射量を制御する内燃機関の燃料
噴躬量制tap装置に関する。
[従来の技術] 従来より、内燃機関に供給される燃料混合気の空燃比が
目標空燃比になるよう燃料噴射弁からの燃料噴射量を制
御する燃料噴射量制御装置の一つとして、例えば特開昭
59−196930号公報に記載の如く、内燃機関の回
転速度と吸入空気量とから求められる基本燃料噴射量を
補正する補正値を制御入力、空燃比センサを用いて検出
される空燃比の実測値を制御出力とし、該制御入力と制
御出力との間に線形な近似が成り立つものとして同定を
行い、内燃機関の動的な振舞いを記述する物理モデルを
求め、これに基づき設計された制御則により燃料噴射量
を制御するよう構成された、所謂線形制御理論に基づく
制御装置が知られている。
[発明が解決しようとする問題点コ しかし上記制御人力量と制御出力量との関係は本来非線
形であり、単に線形近似により物理モデルを求めたので
は内燃機関の動的な振舞いを極めて狭い運転条件下でし
か正確に記述することができないため、従来この種の制
御装置では、線形近似が成り立つとみなし得る複数の運
転領域毎に数式モデルを求め、該数式モデルに基づき各
運転領域毎に制御則を設計しなければならなかった。
従ってこの種の制御装置では、制御に用いる制御則を上
記物理モデルに対応して内燃機関の各運転領域毎に切り
替えなければならず、制御が煩雑になるといった問題が
あった。また各運転領域の境界点では制御則の切り替え
のために制御が不安定になるといった問題もある。
そこで本願出願人は、上記のように制御則を切り替える
ことなく(即ち一つの制御則で)内燃機関の広範囲な運
転条件下で燃料噴射量を精度よく制御することができる
燃料噴射量制御装置として、特願昭62−189889
号、特願昭62−189891号等により、吸気管壁面
への付着燃料量及び吸気管内での蒸発燃料量を状態変数
として燃料の挙動を記述した物理モデルに基づき設計さ
れた制御則により燃料噴射量を算出し、燃料噴射制御を
行なう燃料噴射量制御装置を提案した。
この提案の装置においては、上記物理モデルが内燃機関
の吸気サイクルを1周期として離散化されているため、
算出される燃料噴射量は吸気行程から次の吸気行程まで
の間に吸気系に噴射すべき燃料量となる。また燃料噴射
量を算出するには状態変数量(即ち、吸気管壁面への付
着燃料量と吸気管内での蒸発燃料量)を知る必要があり
、これら状態変数量はセンサ等によって直接検出するこ
とができないので、上記物理モデルに基づき設定された
オブザーバ等の演算式により算出することとなる。この
ため少なくとも状態変数量の算出は内燃機関の吸気サイ
クルと同期して行なわねばならず、上記提案の装置では
、内燃機関の吸気サイクル毎に燃料噴射を行ない、状態
変数量はその燃料噴射が実行される度に算出するように
されている。
ところが上記提案の装置では、内燃機関の減速運転時等
に燃料噴射を禁止する燃料カット制御のことは考えられ
ていなかったため、上記装置でそのまま燃料カット制御
を実行すると、燃料カット制御実行時には状態変数量が
更新されず、燃料カット制御復帰時には、燃料カット制
御実行前の状態変数量に基づき算出された燃料噴射量に
よって燃料噴射が実行されることとなり、空燃比が目標
空燃比から大きくずれるといった問題が発生する。
特に上記特願昭82−189891号により提案した装
置では、空燃比のフィードパ・ンクを行なわないので、
空燃比が一旦目標空燃比からずれると復帰するのに時間
がかかり、大きな問題となる。
尚、燃料カット制御実行時には、燃料噴射弁からの燃料
供給がないので状態変数量は減少し、最終的には0とな
ってしまうので、燃料カット制御が実行された場合には
状態変数量を一律にOに変更することも考えられるが、
燃料カット制御の実行時間が短く、各状態変数量が0に
ならないうちに通常の燃料噴射制御に復帰することもあ
り、このように構成してもあらゆる運転条件下で空燃比
の制御精度を確保することはできない。
そこで本発明は、上記のように吸気管壁面への付着燃料
量及び吸気管内での蒸発燃料量を状態変数として燃料の
挙動を既述した物理モデルに則って燃料噴射量を制御す
る装置において、燃料カット制御を実行する場合に、燃
料力・シト制御復帰時の空燃比の制御精度を確保できる
ようにすることを目的としてなされた。
[問題点を解決するための手段] 即ち上記目的を達するためになされた本発明の構成は、
第1図に例示する如く、 吸気管M1壁面への付着燃料量fw及び該吸気管M1内
での蒸発燃料量fνを状態変数として内燃機関M2のシ
リンダM3内に流人する燃料の挙動を記述した物理モデ
ルに則って、燃料噴射弁M4からの燃料噴射量qを制御
する内燃機関の燃料噴射量制御装置であって、 内燃機関M2の回転速度ω、スロットルバルブの開閉状
態、吸気管Ml内での燃料の飽和蒸気圧Ps、及びシリ
ンダM3内への流人空気量mを検出する運転状態検出手
段M5と、 少なくとも上記飽和蒸気圧Psに基づき吸気管M1壁面
からの燃料蒸発量Vfを算出し、該算出結果を上記回転
速度ωで除算して内燃機関1サイクル当りの単位蒸発量
Vfwを求める単位蒸発量算出手段M6と、 該単位蒸発量V輛と燃料噴射弁M4からの燃料噴射量q
とに基づき状態変数量fwefvを推定する推定手段M
7と、 上記単位蒸発量Vfw、状態変数量fw、fv及び上記
運転状態検出手段M5で検出された空気量mと目標燃空
比λrとの積λ「◆mに基づき、燃料噴射弁M4からの
燃料噴射量qを算出する燃料噴射量算出手段M8と、 内燃機関M2の1サイクル毎に上記燃料噴射量算出手段
M8の算出結果qに応じて燃料噴射弁M4を駆動し、燃
料噴射を実行する燃料噴射実行手段M9と、 内燃機関M2の回転速度ω及びスロットルバルブの開閉
状態に基づき、内燃機関M2の燃料カット制御条件が成
立しているか否かを判断する判断手段MIOと、 該判断手段MIOで肯定判断された場合に、上記燃料噴
射実行手段M9による燃料噴射弁M4の駆動を禁止する
燃料カット制御手段Mllと、を備え、上記推定量段M
7が、燃料カット制御条件非成立時には燃料噴射を行な
う度に状態変数量fw、fνを算出し、燃料カット制御
条件成立時には燃料噴射タイミングと同期した所定の時
期に、燃料噴射量qを0として状態変数量fw、fνを
算出することを特徴とする内燃機関の燃料噴射量制御装
置を要旨としている。
ここで運転状態検出手段M5は、内燃機関M2の回転速
度ω、スロットルバルブの開閉状態、吸気管M1内での
燃料の飽和蒸気圧Ps、及びシリンダM3内への流人空
気量mを検出するためのもので、まず内燃機関M2の回
転速度ωを検出するものとしては、従来より内燃機関の
制御装置に使用されている回転速度センサを用いること
ができる。またスロットルバルブの開閉状態を検出する
には、スロットルバルブ全開時にオン状態となるスロッ
トル全開スイッチ、或はスロットルバルブの開度に応じ
た信号を発生するスロットル開度センサ等を用いること
ができる。
次に吸気管Ml内での飽和状気圧Psはセンサにより直
接検出することは難しいが、飽和蒸気圧Psは吸気管壁
面への付着燃料温度Tの関数であり、付着燃料温度Tは
内燃機関M2のウォータジャケット水温或は吸気ボート
付近のシリンダヘッド温度によって代表させることがで
きるので、温度センサによりウォータジャケット水温或
はシリンダヘッド温度を検出し、その検出結果T(°K
)をパラメータとする次式(1)に示す如き演算式を用
いて飽和蒸気圧Psを求めるようにすればよい。
Ps =β1◆T2−β2◆T+β3  ・・・(1)
(但し、β1、β2.β3:定数) また次にシリンダM3内に流入する空気量mは、例えば
吸気管圧力Pと吸気温度Tiと内燃機関M2の回転速度
ωとをパラメータとする次式(2)m=(βx(ω)P
−βy(ω)) /T i   −(2)により容易に
算出することができるので、吸気管圧力P及び吸気温度
Tiを周知の吸気圧センサ及び吸気温センサにより検出
し、その検出結果と上記回転速度センサによる検出結果
とに基づき上式(2)を用いて求めるようにすればよい
。また吸気管圧力Pと回転速度ωとをパラメータとする
マツプにより基本空気量mを求めその算出結果を吸気温
度によって補正することで空気量mを求めることもでき
る。更にスロットルバルブ上流に周知のエアフロメータ
を設けて吸気管Ml内に流入する空気量を検出し、その
検出結果に基づき吸気行程時にシリンダM3内に流人す
る空気量mを推定するようにしてもよい。
次に上記構成の基本となる物理モデルの一例について説
明する。
まず内燃機関M2のシリンダM3内に流人する燃料量f
cは、燃料噴射弁M4からの燃料噴射量qと、吸気管M
1壁面への付着燃料量fwと、吸気管M1内部での蒸発
燃料量fvとを用いて次式(3)のように記述すること
ができる。
fc=α1◆q+α2◆fw+α3◆fv ・・・(3
)即ち上記燃料量fcは、燃料噴射弁M4からの噴射燃
料の直接流人量α1・qと、その噴射燃料が付着した吸
気管M1からの間接流入量α2・fwと、噴射燃料或は
壁面付着燃料の蒸発により吸気管M1内部に存在する蒸
発燃料の流人量α3・fvとの総和であると考えられる
ことから、上式(3)のようにシリンダM3内に流人す
る燃料量fcを記述することができるのである。
上式(3)において、燃料噴射量qは燃料噴射弁M4の
制御量によって定まるので、吸気管M1壁面への付着燃
料量fw及び吸気管Ml内での蒸発燃料量fvを知るこ
とができれば、燃料量fcを予測することができる。
そこで次に上記付着燃料量fw及び蒸発燃料量fvにつ
いて考える。
まず吸気管M1壁面への付着燃料量fwは、吸気行程時
のシリンダM3内への流人によって、吸気サイクル毎に
その一部α2が減少する他、吸気管M1内部への蒸発に
よって減少し、吸気サイクルと同期して燃料噴射弁M4
から噴射される燃料噴射量qの一部α4が付着すること
によって増加する。また吸気行程毎の吸気管M1壁面か
らの燃料蒸発量は、α5・Vf /ωとして表すことが
できる。このため吸気管M1壁面への付着燃料量fwは
次式(4)に示す如く記述できる。
fv(k+1)=(1−α2)φf w(k)+α4◆
q(k)−α5◆V f(k)/ω(k)  ・・・(
4)(但し、k:吸気サイクル) 一方吸気管M1内部での蒸発燃料量fvは、吸気行程時
のシリンダM3内への流人によって、吸気サイクル毎に
その一部α3が減少する他、燃料噴射量qの一部α6が
蒸発することによって増加し、更に上記付着燃料の燃料
蒸発によって増加する。このため吸気管Ml内の蒸発燃
料量fvは次式(5)に示す如く記述できる。
f v(k+1)= (1−cx3) f v(k)+
 α6・q (k)+α5◆V f(k)/ω(k) 
 ・・・(5)次に内燃機関M2のシリンダM3内に吸
入された燃料量f c(k)は、内燃機関M2に供給さ
れた燃料混合気の燃空比λ(k)とシリンダM3内に流
人した空気量m(k)とから、次式(6)のように記述
できる。
fc(k)=λ(k)m(k)   =(6)したがっ
て上記各式の係数α1〜α6をシステム同定の手法によ
り決定すれば、次式(7)及び(8)に示す如く、内燃
機関M2の吸気サイクルをサンプリング周期として離散
系で表現された、吸気管壁面への付着燃料量と蒸発燃料
量とを状態変数とする状態方程式(7)及び出力方程式
(8)を得ることができ、これによって内燃機関での燃
料挙動を表す物理モデルが定まる。
+(1−α4−α6)q(k)  ・・・(8)単位蒸
発量算出手段M6は、上記(7)式におけるVf/ωを
算出するためのもので、吸気管Ml内での飽和蒸気圧P
sを一つのパラメータとして吸気管M1壁面に付着した
燃料の蒸発量Vfを算出し、その算出結果を内燃機関M
2の回転速度ωで除算することで単位蒸発量Vfw(P
iI]ちVf/ω)を算出する。まず吸気管M1壁面か
らの燃料蒸発量Vfは、正確には運転状態検出手段M5
で検出された飽和゛蒸気圧Psと吸気管圧力Pとの関数
として求めることができ、また燃料蒸発量Vfは飽和蒸
気圧Psによって大きく変化するので、飽和蒸気圧Ps
のみから近似的に求めることもできる。
このため単位蒸発量算出手段M6としては、吸気管圧力
Pと飽和蒸気圧Ps、或は飽和蒸気圧Psのみをパラメ
ータとするマツプや演算式を用いて燃料蒸発量Vfを算
出し、その算出結果を回転速度ので除算するように構成
すればよい。
次に推定手段M7及び燃料噴射量算出手段M8は、上記
(7)及び(8)式の物理モデルに基づき設定される。
まず推定手段M7は付着燃料量fw及び蒸発燃料量fv
を推定するためのものであるが、これら各個は回転速度
ωのようにセンサを用いて直接検出できず、また空気量
mのようにセンサによる検出結果をパラメータとする演
算式等を用いて間接的に検出することもできないので、
この推定手段M7を用いて推定するようにされているの
である。
そしてこの推定手段M7としては、例えば、最小次元オ
ブザーバ(Minimal 0rder 0bserv
er)、同一次元オブザーバ(Identity 0b
server)、有限整定オブザーバ(Dead Be
at 0bserver)、線形関数オブザーバ(Li
near Function 0bserver)或は
適応オブザーバ(Adaptive 0bserver
)として、古田勝久他著「基礎システム理論」 (昭和
53年)コロナ社、或は古田勝久他著「メカニカルシス
テム制御」 (昭和59年)オーム社等、に詳解されて
いる周知の設計法により、上記(7)及び(8)式に基
づきオブザーバとして構成するか、或は上記(7)式を
そのまま用いて状態変数を算出するよう構成することに
よって実現できる。
また燃料噴射量算出手段M8は、内燃機関M2に供給さ
れる燃料混合気の燃空比を目標燃空比入rに制御すべく
、単位蒸発量Vfw、付着燃料量fW、蒸発燃料量fv
、及び運転状態検出手段M5で検出された空気量mと目
標燃空比λrとの積(即ちシリンダM3内に流入させる
目標燃料量)入rm、に基づき燃料噴射弁M4からの燃
料噴射量qを算出するためのもので、上記(7)及び(
8)式の上記物理モデルに基づき、周知の設計手法によ
って演算式を設定し、該演算式を用いて、上記各個に所
定係数を乗じた値を加算することで燃料噴射量qを算出
するようにすればよい。
尚、この制御量算出手段M8としては、外乱によって燃
空比が目標燃空比から大きくずれることのな°いよう、
内燃機関M2のシリンダ内に流入する燃料量を検出し、
その検出結果と上記目標燃料量λrmとの偏差を逐次加
算し、該検出結果に係数を掛けた値を上記燃料噴射量q
の算出結果に加算して制御に用いる燃料噴射量qとする
、所謂サーボ系(Servo System)に拡大さ
れた制御lI量算出手段として構成してもよい。この場
合、内燃機関M2のシリンダ内に流人した燃料量を検出
する必要があるが、これには周知の空燃比センサを用い
て内燃機関M2に供給された燃料混合気の燃空比λを検
出し、この検出結果に上記運転状態検出手段M5で検出
された空気量mを乗算することで燃料λmを求めるよう
にすればよい。
次に判断手段MIO及び燃料カット制御手段M11は、
内燃機関M2がスロットル全開となる減速運転状態”で
、しかもその回転速度ωが所定値以上であるといった燃
料カット制御条件が成立したとき、燃料噴射弁M4から
の燃料噴射を禁止する周知の燃料カット制御を実行する
ためのもので、判断手段MIOはその燃料カット制御の
実行条件が成立したか否かを判断し、燃料カット制御条
件が成立すると、燃料力・ント制御手段Mllが燃料噴
射実行手段M9の動作を禁止して燃料噴射弁M4からの
燃料噴射を中止する。
[作用コ このように構成された本発明の燃料噴射量制御装置にお
いては、判断手段MIOが内燃機関M2燃料カット制御
条件が成立したと判断すると、燃料カット制御手段Ml
lが動作して燃料噴射実行手段M9による燃料噴射弁M
4の駆動を禁止し、燃料カット制御を実行させる。また
推定手段M7は、通常、燃料噴射実行手段M9による燃
料噴射実行後、そのときの噴射燃料量qを一つのパラメ
ータとして状態変数量fw及びfvを算出するが、燃料
カット制御実行時には、燃料噴射実行手段M9による燃
料噴射弁M4の駆動(即ち燃料噴射)が実行されないの
で、燃料噴射タイミングと同期したタイミングで燃料噴
射量qを0として状態変数量fw及びfvの推定を行な
う。
このため本発明では、燃料カット制御実行時にも状態変
数量fw及びfvが逐次更新されることとなり、燃料カ
ット制御復帰時の燃料噴射量qを実際の傾に対応した状
態変数量f−及びfvに基づき算出することができ、燃
料カット制御復帰時の空燃比の制御精度を確保すること
が可能となる。
[実施例コ 以下本発明の実施例を図面と共に説明する。
まず第2図は本発明が適用された内燃機関2及びその周
辺装置の構成を表す概略構成図である。
図に於て4はエアクリーナ6を介して空気を吸入する吸
気管を衷し、この吸気管4には、吸気量を制御するため
のスロットルバルブ8、その開度を検出するためのスロ
ットル開度センサ9、吸気の脈動を抑えるためのサージ
タンク10、その内部の圧力(吸気管圧力)Pを検出す
る吸気圧センサ12、及び吸気温度Tiを検出する吸気
温センサ14が備えられている。
一方16は排気管で、排気を浄化するための三元触媒コ
ンバータ1日が備えられている。
また当該内燃機関2には、その運転状態を検出するため
のセンサとして、上記スロットル開度センサ9.吸気圧
センサ12、及び吸気温センサ14の他、ディストリビ
ュータ20の回転から内燃機関2の回転速度ωを検出す
るための回転速度センサ22.同じくディストリビュー
タ20の回転から内燃機関2への燃料噴射タイミングを
検出するためのクランク角センサ24、及び内燃機関2
のつオータジャケットに取り付けられた冷却水温Tを検
出するための水温センサ26が備えられている。尚ディ
ストリビュータ20はイグナイタ28からの高電圧を所
定の点火タイミングで点火プラグ29に印加するための
ものである。
そして上記各センサからの検出信号は、マイクロコンピ
ュータを中心とする論理演算回路として構成された電子
制御回路30に出力され、燃料噴射弁32を駆動して燃
料噴射弁32からの燃料噴射量を制御するのに用いられ
る。
即ち電子制御回路30は、予め設定された制御プログラ
ムに従って燃料カット制御のための演算処理を実行する
CPU40、CPU40で演算処理を実行するのに必要
な制御プログラムや初期データが予め記録されたROM
42、同じ<CPU40で演算処理を実行するのに用い
られるデータが一時的に読み書きされるRAM44、上
記各センサからの検出信号を人力するための人力ボート
46、及びCPU40での演算結果に応じて燃料噴射弁
32に駆動信号を出力するための出力ボート4B、等か
ら構成され、内燃機関2のシリンダ2a内に流入する燃
料混合気の燃空比入が予め設−定された目標燃空比λr
になるように燃料噴射弁32からの燃料噴射量qを制御
する。
次にこの燃料噴射制御に使用される制御系の基本を第3
図に示すプロ・ンクダイヤグラムに基づいて説明する。
尚、第3図は制御系を示す図であって、ハード的な構成
を示すものではなく、実際には第4図のフローチャート
に示した一連のプログラムの実行により、離散系として
実現される。また本実施例の制御系は、前述の(7)及
び(8)式に示した物理モデルに基づき設計されている
。
第3図に示すように、本実施例の制御系では、まず吸気
圧センサ12で検出された吸気管圧力P及び水温センサ
26で検出された冷却水温Tが第1演算部P1に人力さ
れる。すると第1演算部P1では、その人力された冷却
水温Tが前述の(1)式の如き演算式を用いて吸気管4
内での燃料の飽和蒸気圧Psに変換され、更にその変換
された飽和蒸気圧Psと吸気管圧力Pとから吸気管4の
壁面に付着した燃料の蒸発量Vfが算出される。またそ
の変換された蒸発量Vfは除算部P2に人力され、上記
回転速度センサ22を用いて検出される内燃機関2の回
転速度ωによって除算される。
そしてその除算結果Vf/ω(即ち、前述の単位蒸発量
Vfw)は係数f4乗算部P3に入力され、予め設定さ
れた係数f4が乗算される。
一方眼気圧センサ12により検出される吸気管圧力P及
び回転速度センサ22により検出される回転速度ωは、
吸気温センサ14により検出される吸気温Tiと共に第
2演算部P4にも入力される。第2演算部P4は、上述
の(2)式の如き演算式を用いて内燃機関2の回転速度
ωと吸気管圧力Pと吸気温度Tiとからシリンダ2a内
に流入する空気量mを算出するためのもので、その算出
結果は乗算部P5に出力される。すると乗算部P5では
、上記第2演算部P4で算出された空気量mと予め設定
された目標燃空比λ「とが乗算され、これによってシリ
ンダ2a内に流人すべき燃料量(目標燃料量)入「mが
算出される。そしてこの乗算部P5で算出された目標燃
料量λ「mは係数f3乗算部P6に人力され、予め設定
された係数f3が乗算される。
一方上記除算部P2の除算結果Vf /ωは状態変数推
定部P7にも出力される。状態変数推定部P7は、予め
設定された演算式(本実施例では前述の(7)式)を用
いて、除算部P2の除算結果Vf/ωと、燃料噴射弁3
2からの燃料噴射量qと、前回推定した吸気管4壁面へ
の付着燃料量?讐及び吸気管4内での蒸発燃料量?Vと
から、前述の(7)及び(8)式で示した物理モデルの
状態変数量、即ち付着燃料量fwと蒸発燃料量fv、を
推定するためのもので、その推定結果?−及び?Vには
、係数f1乗算部P8及び係数f2乗算部P9で、夫々
、係数f1及びf2が乗算される。
そしてこれら乗算部P8及びP9からの乗算結果は、他
の乗算部P3、P6での乗算結果と共に加算部P10〜
P12で加算され、これによって燃料噴射弁32からの
燃料噴射量qが決定される。
次に上記第3図の制御系の設計方法について説明する。
尚、この種の制御系の設計方法としては、例えば、古田
勝久著「実システムのデジタル制御」システムと制御、
  Vol、  2B、 (Jo、  12 (198
4年)計測自動制御学会等に詳しいので、ここでは簡単
に説明する。
上述のように本実施例の制御系は、前述の(7)及び(
8)式に示した物理モデルに基づき設計されている。こ
の物理モデルは非線形であるので、まず上記物理モデル
を線形近似する。
上記(7) 、 (8)式において、 x(k)=  [f w(k)   f v(!<)]
  T       ・・・(10)w(k)=  [
Vf(k)/ ω(k) コ        −(14
)y(k)=  [λ(k)m(k)コ       
      −(15)u(k)−[q(k)]   
       ・・・(16)A =  [1−α 4
− α 6  コ                 
・・・(17)■= [α2  α3コ       
             ・・・(18)とおくと、
(7)、(B)式は x(k+1)= @・x(k)+ Ir 争u(k)+
E 争W(k)・・・(19) y(k)=■−x(k)+ A−u(k)      
・・−(20)で表すことができる。
ここで、y(k) =y r (目標値)で定常となる
とき、u(k)=u r、 x(k)=x rとすると
、上式(19)及び(20)は次式(19)’、(20
) ’に示す如くなる。
xr=41xr+f+ur+Eφvv(k)    川
(19)’y r = (Elx r +A・u r 
      ・・−(20)’上式(19)、(19)
’及び(20)、(20)’より、x(k+1) −x
 r =Φ(x(k)−xr)+I”(u(k)−ur
)  =(21)y(k)−y r =e (x(k)
−x r)+ A (u(k)  u r )  =(
22)次に、上式(21)、(22)において、X (
k)= x(k) −x r          −(
23)U (k)= u(k) −u r      
     −(24)Y(k)=y(k)−yr−A(
u(k) −ur)=(25)とおくと、(21)、(
22)式は次式(26X27)の如くなる。
X(k+1)=@X(k)+FU(k)      −
(26)Y(k)=(El)X(k)        
   ・・・(27)、::(7)(26)及ヒ(27
)ニオイテ、x(k)→oとすれば、Y(k)=Oとな
り、u(k)→urであれば、y(k)−+yrとなる
。従って上式(26)の最適レギュレータを設計すれば
よい。■口ち、離散型リカッチ方程式を説くことで、最
適制御は次式(28)の如く求まる。
U (k)= F X (k)           
−(2B)またこの(28)式は、上記(23)及び(
24)式より次式(29)の如くなる。
u(k)=F−x(k)−F◆x r +u r   
 ・−(29)従って、上記(19)’及び(20) 
’式において、がxr、urについて解けれは上式(2
9)が確定し、u (k)を求めることができるように
なる。
本実施例の場合、上式(30)は、前述の(10)〜(
IB)式より、次式(31)の如くなり、xr、 tu
r (即ちfwr、fvr、qr)が夫々次式(32)
〜(34)の如く求まる。
fwr=β11◆Vf(k)/ ω(k)+β12・(
λrφm(k)−(1−a4−06)u(k))  =
(32)fvr= β21争Vf(k)/ ω(k)十
β22◆ (λ r −m(k)−(1−a4−a6)
u(k))  ・・・(33)qr=β21φV f(
k)/ ω(k)十β23・(λr◆m(k)−(1−
a4−a6)u(k))  ・・・(34)(但し、β
11〜β23は定数) 従って上記(29)式より、f1〜f4を定数として、
u(k)= f 1◆fw(k)+ f2φfv(k)
+ f3・m(k)入r+f4◆Vf(k)/ω(k)
  ・・・(35)となり、上記第3図に示す制御系が
設計できる。
尚上式(35)は燃料噴射量を求めるための上述の燃料
噴射量算出手段M8での演算式となる。
次に状態変数推定部P7は、上式(35)における吸気
管4壁面への付着燃料量fw及び吸気管4内での蒸発燃
料量fvを直接測定できないため、その値を推定するた
めのものである。この種の推定装置は、通常、ゴビナス
の設計法等によって設計されるオブザーバとして構成さ
れるが、本実施例では内燃機関2に実際に供給された燃
料混合気の空燃比λを測定で曇ないため、通常のオブザ
ーバを使用することができない。しかし内燃機関2での
燃料挙動は上記(7)式によって記述できるので、(7
)式をそのまま用いることで吸気管4壁面への付着燃料
量fw及び吸気管4内での蒸発燃料量fVを求めること
ができる。
即ち、まず(7)式において、q (k)は制i卸量と
して電子制御回路30側で知ることができ、またVf 
(k)は水温センサ26により検出される冷却水温Tか
ら飽和蒸気圧Psを求め、この値と吸気圧センサ12に
より検出された吸気管圧力Pとから検出することができ
、更にω(k)は回転速度センサ22により検出するこ
とができるので、右辺第2項、第3項は計算可能である
。そこで、8w(k)= f w(k) −? w(k
)        ・・・(36)δv(k)= f 
v(k) −? v(k)        ・・・(3
7)とおくと、 となる。上式(38)において1−α2<1.1−α3
く1であるから(38)は安定で、δ讐(k)、δν(
k)→0、即ち? w(k)−+ f w(k)、? 
v(k)−+ ? v(k)となる。
従って上記f w(k)、f v(k)として適当な初
期値を与えれば、f w(k)及びf v(k)は上式
(7)によって推定できるようになるのである。
このため本実施例では、この状態変数推定部P7が、上
記(7)式を用いて吸気管4壁面への付着燃料量f−及
び吸気管4内での蒸発燃料量fvを推定するよう構成さ
れている。尚外乱によって、fw(k)≠?讐、f v
(k)≠?Vとなっても、7w(k)、? v(k)は
、f w(k)、f v(k)に追従するので、上記(
35)式によりu(k) (即ち燃料噴射量q (k)
)を問題なく算出できる。
次に電子制御回路30で実行される燃料噴射制御を第4
図に示すフローチャートに基づいて説明する。なお、以
下の説明では現在の処理において扱われる量を添字(k
)で表す。
当該燃料噴射制御30は内燃機関2の運転開始と共に起
動され、内燃機関2の運転中常時繰り返し実行される。
処理が開始されると、まずステップ100を実行して、
付着燃料量”f uo、蒸発燃料量?ν0、燃料噴射量
qを初期設定する。そして続くステップ110では、上
記各センサからの出力信号に基づき、吸気管圧力P(k
)、吸気温度T i (k)、内燃機関2の回転速度ω
(k)、冷却水温T(k)を求め、ステップ120に移
行する。
ステップ120では、上記ステップ110で求めた吸気
管圧力P (k)と、内燃機関2の回転速度ω(k)と
に基づき、内燃機関2の負荷に応じた目標燃空比λrを
算出する。尚このステップ120では、通常、燃料混合
気の空気過剰率が1 (即ち理論空燃比)となるよう目
標燃空比λ「が設定され、内燃機関2の高負荷運転時等
には燃料を通常より増量して内燃機関の出力を上げるた
め、目標燃空比λrがリッチ側に設定され、内燃機関2
の軽負荷運転時等には、燃料を通常より減量して燃費を
向上するため、目標燃空比λ「がリーン側に設定される
。
ステップ120で目標燃空比入r(k)が設定されると
、今度はステップ130に移行し、上記ステップ120
で求めた吸気管圧力P(k)と吸気温度Ti(k)と内
燃機関20回転速度ω(k)とに基づき、前述の(2)
式に示した如き演算式またはデータマ・ンプを用いてシ
リンダ2a内に流入する空気量m(k)を算出する、前
記演算部P4としての処理を実行する。
また続くステップ140では、上記ステップ110で求
めた冷却水温T (k)と吸気管圧力P (k)とに基
づき吸気管2a壁面への付着燃料の蒸発量Vfを求め、
その値を内燃機関2の回転速度ω(k)で除算し、単位
蒸発量V fw(k) (= V f(k)/ ω(k
))を算出する、演算部PI及び除算部’P 2として
の処理を実行する。
続くステップ150は、上記ステップ140で求めた吸
気管壁面からの単位蒸発量Vfw(k)と、前回の燃料
噴射量qと、前回求めた付着燃料量?wo及び蒸発燃料
量?VOとにより、前記(7)式に基づき設定された次
式(39) を用いて付着燃料量?w(k)及び蒸発燃料量子ν(k
)を推定する、状態変数推定部P7としての処理を実行
する。
このようにステップ150で付着燃料量?w(k)が算
出されると、ステップ160に移行して、その値? w
(k)が実際には有り得ない負の値になっているか否か
を判断し、7w(k)が負の値であれば、ステップ17
0に移行して付着燃料量? w(k)の値を0に変更す
る。
そして続くステップ180では、前回燃料噴射量の算出
に使用した付着燃料量?WOと燃料噴射量q (k)と
に基づき、次式(40) %式%) を用いて単位蒸発iVfw(k)を再度算出する。尚こ
の(40)式は、前述の(4)式における左辺の付着燃
料量f w(k+1)を0として、単位蒸発量Vf冒(
即ちVf/ω)算出用に変形した演算式である。
また続くステップ190では、その算出された単位蒸発
量Vfw(k)と前回燃料噴射量の算出に使用した蒸発
燃料量?VOと燃料噴射量q (k)とに基づき、前述
の(5)式を用いて蒸発燃料量7シ(k)を再度算出す
る。
ここで上記ステップ180及びステップ190の処理は
、吸気管壁面への付着燃料量fwがOとなる場合の、単
位蒸発量Vfw及び蒸発燃料量fvを正確な値に設定す
るための処理である。つまりまずステップ140では、
吸気管圧力P、冷却水温T9回転速度のに基づき、吸気
管壁面に燃料が充分付着しているものとして単位蒸発量
Vfwが算出されるため、上記のようにステップ150
で算出される付着燃料量?−が負の値となって、次の吸
気行程までに吸気管に付着した燃料がすべて蒸発するよ
うな場合には、その値が大きくなりすぎる。そこでこの
ような場合には、上記(40)式を用いて次の吸気行程
時での付着燃料量が0になるものとして蒸発燃料量Vf
wを再度算出し、更にその演算結果に基づき蒸発燃料量
?Vを再度算出するようにされているのである。
次に上記ステップ160で付着燃料量? w(k)が負
の(直ではないと判断された場合、或はステップ160
で付着燃料量? W(k)が負の値であると判断され、
ステ・ンプ170〜ステップ190の一連の処理が実行
された場合には、ステップ200を実行し、内燃機関2
の回転速度が所定速度以上で、スロットルバルブ8が全
閉状態であるといった燃料カット制御(F/C)実行条
件が成立しているか否かを判断する、前述の判断手段M
IOとしての処理を実行する。
このステップ220で燃料カット制御実行条件が成立し
ていないと判断されると、続くステップ210に移行し
て、上記ステップ120で設定した目標燃空比λ「(k
)と上記ステップ130で求めた空気量m(k)とを乗
算して、シリンダ2a内に供給すべき目標燃料量大rm
(k)を算出する、乗算MIJP5としての処理を実行
した後5.ステツプ220に移行し、前述の(35)式
を用いて、上記ステップ150.或はステップ170及
びステップ190で設定された付着燃料量?w(k)及
び蒸発燃料量? v(k)と、ステ・ンブ200で求め
た目標燃料量大rm(k)と、ステップ140又はステ
ップ180で求めた単位蒸発量V fw(k)とに基づ
き燃料噴射量q (k)を算出する、前述の燃料噴射量
算出手段M8としての処理を実行する。そして続くステ
ップ230では、上記クランク角センサ24からの検出
信号に基づき決定される燃料噴射タイミングで、上記ス
テップ220で算出された燃料噴射量q(k)に応じた
時間燃料噴射弁32を開弁して実際に燃料噴射を行なう
、前述の燃料噴射実行手段M9としての処理を実行する
。
一方上記ステップ200で現在内燃機関の燃料カット制
御部実行条件が成立していると判断されると、ステップ
240に移行して、燃料噴射量qを0に設定した後、ス
テップ250に移行し、上記クランク角センサ24から
の検出信号が人力されるのを待つ。
そして上記ステップ230で燃料噴射が実行されるか、
或はステップ250で燃料噴射タイミングを決定するた
めのクランク角センサ24からの検出信号が人力された
と判断されると、ステップ260に移行して、今回ステ
ップ150.或はステップ170及びステップ190で
設定した付着燃料量?w(k)及び蒸発燃料量?ν(k
)の値を、次回の処理で付着燃料量?−及び蒸発燃料量
7シを推定するために用いる付着燃料量及び蒸発燃料量
の基準値?wo、?VOとして設定し、再度ステップ1
10に移行する。
以上説明したように本実施例の燃料噴射制御装置では、
制御則が内燃機関2における燃料の挙動を記述した物理
モデルに基づき設定されるため、内燃機関2の吸気管温
度、即ち内燃機関2の暖気状態によって変化する燃料の
挙動をVfw(即ちVf/ω)によって非線形補償する
ことができ、単一の制御則によって燃料噴射量を制御す
ることができる。従って内燃機関の運転状態に応じて制
御則を変更するといった煩雑な制御が不要となり、制御
系の簡素化を図ることができる。
また本実施例では、燃料カット制御の実行条件が成立す
ると、ステップ230の燃料噴射実行処理がなされず、
ステップ240で燃料噴射量qを0とし、燃料噴射タイ
ミングを決定するクランク角センサ24からの検出信号
が人力された時点で再度ステップ110移行の処理を実
行するようにされている。このため、燃料力・ント制御
が実行される場合にも、その実際の燃料噴射タイミング
と同期して、ステップ150〜ステツプ190の処理が
実行されることとなり、燃料力・シト制御実行時にも付
着燃料量fw及び蒸発燃料量fνを逐次更新して、燃料
カット制御復帰時にステップ220で算出される燃料噴
射量qを内燃機関の運転状態に対応した値とすることが
可能となる。
つまり例えばステップ230で燃料噴射が実行されたと
きにのみステップ110以降の処理を実行するようにし
ていると、燃料カット制御実行時には燃料噴射が実行さ
れず、燃料カット制御復帰時の燃料噴射量が燃料カット
制御実行前に算出された付着燃料量fw及び蒸発燃料量
fvに基づき算出されて、第5図に点線で示す如く、空
燃比が目標空燃比から大きくずれてしまうが、本実施例
では、燃料カット制御実行時にも付着燃料量fw及び蒸
発燃料量fvが更新され、その値が内燃機関2の運転状
態に対応した正確な値となるので、燃料カット制御復帰
時の燃料噴射量を内燃機関の状態に応じた値に設定する
ことができ、第5図に実線で示す如く燃料カット制御復
帰時の空燃比が目標空燃比となり、空燃比の制御精度を
向上することができる用になるのである。
また更に本実施例では、ステップ150で算出された付
着燃料量? w(k)が実際には有り得ない負の値にな
った場合に、ステップ160及びステップ170の処理
によってその値? w(k)を0に設定し、ステップ1
80及びステップ190で、単位蒸発量V fw(k)
及び蒸発燃料量?v(k)を算出しなおすように設定さ
れている。このため本実施例においては、吸気管壁面に
付着した燃料がすべて蒸発するような内燃機関2の高負
荷高回転時等に、ステップ140で算出された単位蒸発
量V fw(k)が実際より大きくなって、燃料噴射量
qが内燃機関2の運転状態に対応しない値となることは
なく、燃料噴射量qを常に内燃機関の運転状態に対応し
て精度よく算出することができ、これによっても空燃比
の制御精度を向上することができる。
[発明の効果] 以上説明したように本発明の内燃機関の燃料噴射量制御
装置によれば、単一の制御則に基づき内燃機関の広範囲
な運転条件下で燃料噴射量を制御することができるだけ
でなく、燃料カット制御実行時に状態変数量fw及びf
vを更新することができ、燃料カット制御復帰時の空燃
比の制御精度を確保することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の構成を表すブロック図、第2図は実施
例の内燃機関及びその周辺装置を表す概略構成図、第3
図は実施例の制御系の基本構成を表わすブロックダイヤ
グラム、第4図は実施例の燃料噴射制御を表わすフロー
チャート、第5図は燃料カット制御実行時の空燃比の変
化を表わすタイムチャート、である。 Ml、4・・・吸気管   M2.2・・・内燃機関M
3.2a・・・シリンダ M4.32・・・燃料噴射弁
M5・・・運転状態検出手段 M6・・・単位蒸発量算出手段 Ml・・・推定手段  M8・・・燃料噴射量算出手段
M9・・・燃料噴射実行単段  MIO・・・判断手段
Mll・・・燃料カット制御手段 12・・・吸気圧センサ  14・・・吸気温センサ2
0・・・回転速度センサ  26・・・水温センサ30
・・・電子制御回路 代理人  弁理士  定立 勉 (ほか2名)第3図 PI3      pHF”10

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 吸気管壁面への付着燃料量及び該吸気管内での蒸発燃料
    量を状態変数として内燃機関のシリンダ内に流入する燃
    料の挙動を記述した物理モデルに則って、燃料噴射弁か
    らの燃料噴射量を制御する内燃機関の燃料噴射量制御装
    置であって、 内燃機関の回転速度、スロットルバルブの開閉状態、吸
    気管内での燃料の飽和蒸気圧、及びシリンダ内への流入
    空気量を検出する運転状態検出手段と、 少なくとも上記飽和蒸気圧に基づき吸気管壁面からの燃
    料蒸発量を算出し、該算出結果を上記回転速度で除算し
    て内燃機関1サイクル当りの単位蒸発量を求める単位蒸
    発量算出手段と、 該単位蒸発量と燃料噴射弁からの燃料噴射量とに基づき
    状態変数量を推定する推定手段と、上記単位蒸発量、状
    態変数量、及び上記運転状態検出手段で検出された空気
    量と目標燃空比との積に基づき、燃料噴射弁からの燃料
    噴射量を算出する燃料噴射量算出手段と、 内燃機関の1サイクル毎に上記燃料噴射量算出手段の算
    出結果に応じて燃料噴射弁を駆動し、燃料噴射を実行す
    る燃料噴射実行手段と、 内燃機関の回転速度及びスロットルバルブの開閉状態に
    基づき、内燃機関の燃料カット制御条件が成立している
    か否かを判断する判断手段と、該判断手段で肯定判断さ
    れた場合に、上記燃料噴射実行手段による燃料噴射弁の
    駆動を禁止する燃料カット制御手段と、 を備え、上記推定手段が、燃料カット制御条件非成立時
    には燃料噴射を行なう度に状態変数量を算出し、燃料カ
    ット制御条件成立時には燃料噴射タイミングと同期した
    所定の時期に、燃料噴射量を0として状態変数量を算出
    することを特徴とする内燃機関の燃料噴射量制御装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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