JPH02191835A - 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、スロットル開度およびエンジン回転数よりエ
ンジンの作動状態を制御する内燃機関の燃料噴射制御装
置に関し、詳しくは、高域空燃比センサにより高地走行
時における空燃比補正を行ない、最適な燃料噴射量を決
定することに関する。

〔従来の技術〕

この種の内燃機関の燃料噴射制御装置としてはスロット
ル開度とエンジン回転数のマツプとから基本燃料噴射量
を設定することが知られているが、上記基本燃料噴射量
は、通常、平地における標阜状態（大気圧７６０Ｉｌｌ
□ｍ　Ｉ（ｇ　）において設定されているために、高地
走行時には空燃比がリッチ化して走行性が悪化するとい
う問題がある。

そこで従来は、例えば特開昭６０−１６９６４９号公報
に示されているように、エンジン負荷を判定する負荷判
定手段と、大気圧センサにより検出される大気圧に応じ
て空燃比を決定する負荷設定値変更手段とを設けるなど
して高地における空燃比補正を行なうもの、あるいは走
行中に空燃比を学習して、高地走行に適した必要空気量
の制御を行なう方式などが提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上述した第１の先行技術では、大気圧センサを
用いて大気圧に応じて空燃比を決定するために、コスト
的に不利であるという問題がある。

また、空燃比学習制御方式では、大気圧の変化による空
燃比の変化を学習するまで時間がかかり、学習期間中は
空燃比が適正値からずれるため、走行性が悪化するなど
の問題がある。。

本発明は、上述した問題点を課題として提案されたもの
で、高域空燃比センサを用いて空燃比の変化から瞬時に
大気圧を推定し、吸気量算出のモデル式より気筒内に吸
入される空気量および吸気管内に吸入される空気量を算
出して、実際の吸入空気量と算出された吸入空気量との
差分を補正した最適空燃比に基づいて燃料噴射量を決定
するようにした内燃機関の燃料噴射制御装置を提供する
ことを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明では、エンジンの運転
状態を検出する各種センサからの信号を入力し、モデル
式に基づいて吸入空気量を算出する手段を具備し、算出
された吸入空気量に応じて燃料噴射量を制御する燃料噴
射制御装置において、高域空燃比センサからの信号を入
力し、実際の空燃比の目標空燃比からのずれに基づき大
気圧補正を行う大気圧補正手段を設け、上記大気圧補正
手段からの大気圧を上記モデル式から吸入空気量を算出
する手段に与えることにより、燃料噴射量を大気圧に応
じて制御するように構成されている。

〔作　　　用〕

このような構成に基づき、本発明は、吸気量算出モデル
式に基づいて算出された吸入空気量によって最適の燃料
噴射量が決定されると共に、上記燃料噴射量を高地走行
時における大気圧補正によって空燃比補正を行なうよう
に構成したものであるから、高地走行時においても最適
空燃比に制御することが可能であり、エンジンの出力お
よびドライバビリティも向上する。。

〔実　施　例〕

以下、本発明の一実施例を図面を参照して具体的に説明
する。

第１図において、符号ｌはエンジンであり、その吸気系
２にはスロットルバルブ３が設けてあり、またスロット
ルバルブ３の下流にはコレクタチャンバ５が設けられて
いる。そして、上記コレクタチャンバ５の下流の吸気マ
ニホールド２ａにおけるエンジンｌの各吸気ボートｌａ
近傍にはインジェクタ６が設けられている。また、上記
スロットルバルブ３にはスロットル開度センサ７が、エ
ンジンｌにはエンジン回転数センサ９が、エアクリーナ
１４には吸気温センサ１０が、上記エンジンＩの排気系
ｔｂには高域空燃比センサＩＩが、それぞれ設けられて
いる。そして、上記各センサ７．９，１０．１１からの
検出信号はコントロールユニット１２にｉ給される。そ
して、上記コントロールユニット１２は、各シリンダの
吸気行程前の直前のタイミングにおいて上記各センサか
らの検出信号に基いて演算した燃料噴射量に対応する制
御信号を上記インジェクタ６へ出力すると共に、所定の
タイミングによる点火信号が点火時期制御装置１３に出
力される。

ここで、シリンダへ流入する吸入空気ｆｆｉＭａｐを第
２図に示される吸気系モデルに基いて算出する。

今、大気圧をＰａ、　　シリンダ流入空気量をＭａｐ。

スロットルバルブ通過空気量をＭ　ａｔ、吸気マニホー
ルド（吸気管）内圧力をＰ、マニホールド内温度をＴ１
マニホールド容積をＶ、エンジン回転数をＮｏ、排気量
をり１体積効率をηＶ、スロッ］・ル開ロ面積をＡ、ガ
ス定数をＲ，Ｃおよびａはそれぞれ定数とすると、状態
方程式は Ｖ−ＭＲＴ であり、微少時間での圧力の変化はシリンダ内と吸気管
内に流入する空気量の差によって生じることから、その
圧力算定式は ｄＰ／ｄｔ　−（ＲＴ／Ｖ）　　　（Ｍａｔ−Ｍａｐ）
　−（１）となる。

したがって、シリンダ内に流入する吸入空気量Ｍ　ａｐ
（ｋ）は、 Ｍａｐ（ｋ＞−（Ｎｅ−Ｄ／２ＲＴ）　＃Ｐ　ψｔ７ｖ
　−＜２）トナリ、さらに吸気管内に流入するスロット
ルバルブ通過空気量Ｍａｔは、 Ｍａｔ−Ｃ−Ａ”ψ　　　　　　　　　　−（３）とな
る。但し、 ψ−８・　（ＲＴ）’　　・　Ｐ−（Ｐａ−Ｐ）　　　
−Ｃ＾］は実験式である。

また、上記（１）式をΔｔで離散化すると、１−Δｔ−
にであるから、 Ｐ　（ｋ＋１）−ＲＴ　／　Ｖ　　（Ｍａｔ（ｋ＞　−
Ｍａｐ（ｋ）ｌ＋Ｐ　（ｋ）　−（４）となり、（４）
式による予測圧力をＰ“とおいたとき、定常状態ではＭ
ａｔ−Ｍａｐとなることから、Ｃ−Ａ−ａ　（ＲＴ）”
　　・Ｐ’　　　（Ｐａ　−Ｐ’）−（Ｎｅ−Ｄ／２Ｒ
Ｔ）Ｐ’　　・ｒ２ｖＰ”Ｐａ　−（Ｎｅ　−Ｄ／２Ｃ
−Ａ−ａ　（ＲＴ）　３）　　・７７Ｖ・・・（５） となる。ここで、Δｔはザツブル時間であり、例えばΔ
ｔ　＝　１０ｍ５ｅｃとする。

一方、吸入空気の外気圧力を考慮した場合で、吸気管内
の真の圧力Ｐは、 Ｐ−Ｐ’＋ｄＰ　　　　　　　　　　　　　・・・（６
）となり、ｄＰは誤差を示す。

またこのとき、吸入空気量（質量流ＩＩ）と空燃比は比
例関係にあると共に、吸気管内圧力とも比例関係となる
ことから、 Ｐ　−１（Ａ　／　Ｆ　）／１４．７１　　Ｆ　’　　
　　　　　　　　・・・（７）が成り立ち、上記（８）
、（７）式よりｄＰ　−［１（Ａ　／　Ｆ　）／１４．
月　−１］Ｐ゛　　・・・（８）となり、また、上記（
５）　、　（６）式からＰ−（Ｐａ　＋　ｄＰ）　　　
ＩＮｅ　−Ｄ／２Ｃ−Ａ　−ａ　（ＲＴ）　”　ｌ　　
・ｒｙｖ　　　　　　　　　　−（９）が成り立ち、上
記（Ｉｔ）、（９）式からＰ−Ｐａ＋　［ｔ（Ａ／Ｆ）
７１４．７１−１］Ｐ’　−ＩＮｏ　・Ｄ７２Ｃ−Ａ−
ａ（ＲＴ）”ｌ−ηＶ　　　−（１０）となり、Ｐａ＋
　［１（Ａ／Ｆ）／１４．７１−１］Ｐ’＝Ｐａとする
と、吸気管内圧力Ｐは、大気圧補正項Ｐａにおける定常
状態の圧力なる。

したがって、上記（１０）式で大気圧補正項Ｐａの補正
を行なえば、高地における正確な圧力子Δ−１と吸入空
気量の予測がなされるのである。

すなわち本発明では、高域空燃比センサＵの値を用いて
下記の大気圧補正式 ％式％（） により大気圧Ｐ　ａ（７６０ｇ＊ＩＩｇ）を変更して大
気圧補正を行なうものであり、さらに補正された大気圧
に基づいてシリンダ内に流入する吸入空気量Ｍａｐを予
測し、インジェクタ６からの燃料噴射量の制御を行なう
。

ここで、Ａ／Ｆは高域空燃比センサ１１の出力空燃比で
、Ａ／Ｆｒｅｆ’はスロットル開度Ｔｈとエンジン回転
数Ｎｏおよび冷却水温Ｔｖとの三次元マツプより算出さ
れる目標空燃比である。

次に、第３図におけるコントロールユニット１２につい
て述べる。

先ず、スロットル開度センサ７、エンジン回転数センサ
９で検出された信号ＴｈとＮｅとが入力するスロットル
バルブ通過空気量算出手段１５を付し、スロットル開度
Ｔｈと空気通過面積Ａとの関係のマツプからの空気通過
面積Ａと、エンジン回転数Ｎａをパラメータとしたスロ
ットルバルブＴｈと流量係数Ｃとの関係のマツプからの
流量係数Ｃ１および［Ａ１式に基づいて吸気マニホール
ド内圧力Ｐと大気圧Ｐａとの関係で算出あるいはマツプ
で定まる係数ψとによって演算され、スロットルバルブ
通過空気ｍＭａＬ（ｋ）が（３）式に基づいて算出され
る。

スロットルバルブ通過空気量算出手段１５で算出された
スロットルバルブの通過空気ＪＩＭａＬ（ｋ）の信号と
、吸気温センサ１０で検出された信号Ｔおよび吸入空気
量算出手段１７で算出された吸入空気量Ｍ　ａｐ（ｋ）
とが吸気マニホールド内圧力算出手段１Ｂへ入力し、吸
気温Ｔと係数ＲＴ／Ｖとの関係のマツプからの係数ＲＴ
／Ｖと、スロットルバルブ通過空気量ＭａＬ（ｋ）およ
び吸入空気ｍ　Ｍ　ａｐ（ｋ）とにより、吸気マニホー
ルド内圧力Ｐ　（ｋ＋　１）が（４）式に基づいて算出
される。

吸気マニホールド内圧力Ｐ　（ｋ）の信号は、スロット
ルバルブ通過空気量算出手段１５へ出力すると共に、吸
入空気量算出手段１７へ出力される。

吸入空気量算出手段１７には、スロットル開度センサ７
、エンジン回転数センサ９および吸気温センサｌＯによ
って検出された信号Ｔｈ、Ｎｅ、Ｔと吸気マニホールド
内圧力算出手段１Ｂで算出された吸気マニホールド内圧
力Ｐ　（ｋ）の信号とが入力される。そしてスロットル
開度Ｔｈとエンジン回転数ＮＯとの関係のマツプからの
体積効率ηＶと、吸気温Ｔと係数Ｄ／２ＲＴとの関係の
マツプからの係数Ｄ／２ＲＴおよび吸気マニホールド内
圧力算出手段１Ｂにて算出された吸気マニホールド内圧
力Ｐ（ｋ）とにより、エンジンｌにおける予測の吸入空
気ｆｔＭ　ａｐ（ｋ）が（２）式により算出される。　
吸入空気量算出手段１７にて算出された吸入空気！Ｍａ
ｐ（ｋ）の信号は、吸気マニホールド内圧力算出手段１
６へ出力すると共に、基本燃料噴射量算出手段１８に入
力して、エンジンｌが実際に吸入する吸入空気量に対し
て後述する目標空燃比設定手段２０で設定された目標空
燃比Ａ　／　Ｆ　ｒｅｒになるような基本燃料噴射量Ｔ
　ｐ（＝　Ｍ　ａｐ（ｋ）／Ａ　／　Ｆ　ｒｅｒ）が決
定され、基本燃料噴射量算出手段１８からの出力信号”
ｒｐと、高域空燃比センサ１■にて検出された信号Ａ／
Ｆを燃料噴射量補正手段１９へ入力して、空燃比のフィ
ードバック補正値ＫＰＩ３に基づいて上記燃料噴射量補
正手段１９により、実際の燃料噴射１ｌＴＩがＴｌ−Ｔ
ｐ・ＫＦＢによって補正される。

上記燃料噴射量補正手段１９にて決定された燃料噴射ｆ
ｆ１ＴＩの信号はインジェクタ８に出力され、インジェ
クタ６から吸気マニホールド２ａへ燃料が噴射される。

一方、スロットル開度センサ７、エンジン回転数センサ
９．冷却水温センサ２１によって検出された信号Ｔｈ、
Ｎｅ、Ｔｖが目標空燃比設定手段２０に入力され、ここ
でスロットル開度Ｔｈとエンジン回転数Ｎｅと冷却水温
Ｔｖとの三次元マツプから、現在の運転状態における目
標空燃比Ａ／Ｆｒｅｒが設定される。そして上記目標空
燃比設定手段２０から出力された信号Ａ　／　Ｆ　ｒθ
「が大気圧補正手段２２および上述した基本燃料噴射量
算出手段１８に入力される。

上記大気圧補正手段２２には、目標空燃比設定手段２０
からの信号Ａ／Ｆｒｅｔと、吸気マニホールド内圧力算
出手段！６とによって算出された吸気マニホールド内圧
力Ｐ　（ｋ）と、高域空燃比センサＩＩによって検出さ
れた空燃比Ａ／Ｆと、さらに空燃比変動が所定時間ない
ことを確認する定常判定手段２３からの判定信号とが入
力して大気圧補正が行なわれる。

上記大気圧補正手段２２では、目標空燃比Ａ／Ｆ　ｒｅ
ｒと吸気マニホールド内圧力Ｐ　（ｋ）と、高域空燃比
センサ１１によって検出された空燃比Ａ／Ｆと、定常判
定手段２３からの出力信号とに基づいて、（１０）、（
ＩＩ）式より現在の大気圧Ｐａｎａｖが推定算出される
。

そして、上記大気圧補正手段２２から出力されたＰａｎ
ｅｖ信号がスロットルバルブ通過空気量算出手段１５に
入力され、前述した係数ｐの算出あるいはマツプに反映
されたスロットルバルブ通過空気量Ｍａｔ（ｋ）が補正
される。以降は前述と同様の動作によってインジェクタ
６からの燃料噴射量が決定される。

次いで、このように構成された燃料噴射制御装置の作用
についてべろ。

コントロールユニット１２における燃料噴射量ＴＩの算
出は、例えば第６図のフローチャートに従って実行され
る。

先ず、エンジンｌが運転され、ステップＳｔで吸気マニ
ホールド内圧力Ｐ　（ｋ）の初期化がなされると、ステ
ップＳ２で吸入空気量算出手段１７においてエンジン回
転数Ｎｅと体積効率ηＶおよび吸気温度Ｔとから（２）
式によりシリンダに流入する吸入空気ＪＩ　Ｍ　ａｐ（
ｋ）が算出されてステップＳ３へ進む。

次いでステップＳ３では、燃料噴射ｆｆ１Ｔｉが算出さ
れ、ステップＳ４で燃料噴射ｆｆ１ＴＩからスロットル
バルブ通過空気量算出手段１５で吸気マニホールド２ａ
内に流入するスロットルバルブ通過空気ｆｆｉＭａｔ（
ｋ）が算出されると共に、ステップＳ５で吸気マニホー
ルド内圧力Ｐ　（Ｋ＋１）が予測される。

ステップＳ５で予測された吸気マニホールド内圧力Ｐ　
（ｋ＋１）からステップＳＯの定常判定手段２３にて例
えば今回の空燃比Ａ　／　Ｆ　（ｋ）が１０回前のルー
チンでの空燃比Ａ　／　Ｆ　（ｋ−１０）と同じＣＡ　
ｙ　Ｆ　（ｋ）’ｗ　Ａ　／　Ｆ　（ｋ−１０））であ
れば定常と判断して、ステップＳ７で目標空燃比Ａ／Ｆ
ｒｅｒと高域空燃比センサ１．１による空燃比Ａ／Ｆと
から現在の大気圧Ｐａｎｅｗが推定算出される。

また、ステップＳ６でＡ　／　Ｆ　（ｋ）≠Ａ　／　Ｆ
　（ｋ−１０）であれば定常状態でないとして再びステ
ップＳ２に戻る。

なお、ステップＳ７で推定された現在の大気圧Ｐａｎ５
ｙは次回のステップＳ４の係数ψに反映され、それによ
りスロットルバルブ通過空気量Ｍａｔ（ｋ）を大気圧に
基づいて補正し、ひいては燃料噴射量ＴＩを補正するこ
とができる。

〔発明の効果〕

以上述べてきたように、本発明によれば、吸気量算出モ
デル式に基づいて吸入空気量を推定算出するシステムに
おいて、高域空燃比センサで検出した実際の空燃比に基
づいて大気圧を推定するので従来のように大気圧センサ
を必要とせず、大幅なコストダウンがなされる。

また、高域空燃比センサで検出される空燃比により随時
大気圧が求められ、それに対する燃料が噴射されるので
、高地走行時におけるドライバビリティに優れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概略構成図、第２図は
吸気系のモデル式に関する各ファクタの設定状況を示す
模式図、第３図はコントロールユニットの内部構成を示
すブロック図、第４図はモデル式に基づいてコントロー
ルユニットで実行されるフローチャートの一例を示す図
である。 １・・・エンジン、３・・・スロットルバルブ、６・・
・インジェクタ、７・・・スロットル開度センサ、９・
・・エンジン回転数センサ、１０・・・吸気温センサ、
１１・・・空燃比センサ、１２・・・コントロールユニ
ット、１５・・・スロットルバルブ通過空気量算出手段
、１６・・・吸気マニホールド内圧力算出手段、１７・
・・吸入空気量算出手段、１８・・・基本燃料噴射量算
出手段、１９・・・燃料噴射量補正手段、２０・・・目
標空燃比設定手段、２２・・・大気圧補正手段、２３・
・・定常判定手段特許出願人　　　　富士重工業株式会
社代理人　弁理士　　小　橋　信　浮 量　　弁理士　　村　井　　　進 ニＤ 第４ ニ］ニロ ］閣■ ］］に Ｉ］ −２゛

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 エンジンの運転状態を検出する各種センサからの信号を
   入力し、モデル式に基づいて吸入空気量を算出する手段
   を具備し、算出された吸入空気量に応じて燃料噴射量を
   制御する燃料噴射制御装置において、 高域空燃比センサからの信号を入力し、実際の空燃比の
   目標空燃比からのずれに基づき大気圧補正を行う大気圧
   補正手段を設け、 上記大気圧補正手段からの大気圧を上記モデル式から吸
   入空気量を算出する手段に与えることにより、燃料噴射
   量を大気圧に応じて制御することを特徴とする内燃機関
   の燃料噴射制御装置。