JPH02204660A - 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、内燃機関の燃料供給制御装置に関し特に過渡
運転時の燃料供給量の補正制御を高精度に行って過渡運
転性能を向上した装置に関する。

〈従来の技術〉 内燃機関の制御装置としては、次のようなものが知られ
ている。吸入空気に関与する状態量として吸入空気流量
や吸気圧力を検出し、これらと機関回転数の検出値とに
基づいて基本燃料供給量Ｔ。

を演算する。そして、該基本燃料供給量Ｔ、を機関温度
等の運転状態に基づいて設定された各種補正係数Ｃ０Ｅ
Ｆ、排気中酸素濃度の検出を介して求められる空燃比に
基づいて設定されるフィードバック補正係数α、バッテ
リ電圧による補正分子。

等により補正して最終的な燃料供給量ＴＩを演算しくＴ
、＝Ｔ、−ＣＯＥＦ−ＬＡＭＢＤＡ＋Ｔ、）、該演算さ
れた量の燃料が燃料噴射弁等によって機関に供給される
。

〈発明が解決しようとする課題〉 ところで、このように燃料供給量を演算設定して電子制
御する装置にあっては、過渡運転時に吸入空気流量検出
用のエアフローメータや吸気圧力検出用の圧力センサの
検出遅れ、制御装置の演算遅れを生じる。

このため例えば、加速時にあっては、実際の吸入空気流
量や吸気圧力に対して検出された値は小さめであるため
、燃料供給量も小さめに設定され、空燃比がリーン化し
てＮ０ｘ（窒素酸化物）排出量が増加したり、平均有効
圧力の応答遅れにより加速ショックや加速応答性悪化を
招くこととなる。

第６図（Ａ）〜（Ｈ）は吸気圧力検出タイプのものの加
速時の各種状態を示す。

この点に鑑み、特開昭６０−２０１０３５号にみられる
ように、スロットル弁開度の変化率によって吸入空気流
量や吸気圧力の変化を予測補正し、該補正値に見合った
量の燃料を供給することによって空燃比の変化を抑制し
て過渡運転性能の向上を図ったものがある。

しかしながら、スロットル弁開度の変化率に基づいて、
燃料の増量又は減量補正を行おうとしても、スロットル
弁開度に対して吸入空気流量や吸気圧力はリニアに変化
しないため、マツチングに莫大な工数を要し、コントロ
ールユニットの付加価値を下げている。

また、検出遅れや演算遅れには対処しているものの、検
出時と吸入行程時との時間差を考慮したものでないため
精度的にも劣るものであった。

更に、吸気圧力の二階微分値を演算して負荷の変動量を
予測し燃料供給量を補正するようにしたものもあるが、
スロットル弁開度の変化に対して吸気圧力の遅れが大き
く、又、吸気脈動を捕らえてしまうため、精度良くシリ
ンダ吸入空気量に見合った補正を行うことができなかっ
た。

そこで、本願出願人は過渡運転時にスロットル弁開度の
変化率と機関回転数とから負荷（シリンダ吸入空気量）
変動量を予測して燃料供給量を負荷変動量に見合って補
正制御するようにしたものを提案した（特願昭６２−２
６９４６７号）。

しかしながら、このものにおいては、前記負荷変動量の
予測を、所定時間毎に検出されるスロットル弁開度の最
新の検出値と前回の検出値とから求められる一次的な変
化率に基づいて行っていたため、加速時には初期に空燃
比がリーン化し、後期にリッチ化する傾向があり、又、
減速時は初期に空燃比がリッチ化し、後期にリーン化す
る傾向があった。これは、スロットル弁開度が実際には
曲線的に変化するのに対し、前記方式は直線的に変化す
ると仮定して求めたことによるズレによって生じるもの
である（第７図参照）。

本発明はこのような従来の実情に鑑みなされたもので、
スロットル弁開度の変化等に基づく機関負荷量の変動状
態を高精度に予測して燃料供給量の補正制御を行う構成
とすることにより、上記問題点を解決した内燃機関の燃
料供給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〉 このため本発明は、第１図に示すように、吸気系の開口
面積を決めるパラメータと、機関回転数とに基づき機関
負荷量を演算する負荷量演算手段と、 前記負荷量の単位時間当たりの一階微分値と二階微分値
とを演算する微分値演算手段と、前記負荷量が演算され
たときから所定クランク角までの所要時間を推定演算す
る時間演算手段と、前記一階微分値及び二階微分値と、
前記所定クランク角までの所要時間とに°基づいて所定
クランク角までの負荷量の推定変化量に見合った燃料供
給量の補正量を演算する補正量演算手段と、演算された
補正量に基づいて燃料供給量を補正制御する制御手段と
を含んで構成した。

また、負荷量演算手段の演算に使用する吸気系の開口面
積を決めるパラメータとしては、スロットル弁開度の他
、スロットル弁をバイパスする補助空気通路にアイドル
制御弁を介装したものではスロットル弁開度とアイドル
制御弁開度とに基づくようにしてもよい。

さらに、補正量演算手段は、機関回転に同期して供給さ
れる燃料供給量を増減補正する補正量を演算してもよく
、これと別に、若しくはこの演算に加えて、機関の過渡
運転検出と同時に割り込み供給される補正量を演算する
構成としてもよい。

く作用〉 負荷量演算手段は、スロットル弁開度やスロットル弁開
度とアイドル制御弁開度等の吸気系の開口面積を決める
パラメータと機関回転数とに基づいて機関負荷量を演算
する。

微分値演算手段は、前記負荷量の一回微分値と量目微分
値とを演算する。

一方、時間演算手段により負荷量が演算されたときから
所定クランク角までの時間が演算される。

補正量演算手段は、前記負荷量の一回微分値及び量目微
分値と、所定クランク角までの所要時間とに基づいて所
定クランク角までの負荷量の推定変化量に見合って機関
回転に同期して供給される燃料供給量を増減補正する補
正量や、機関の過渡運転検出と同時に割り込み供給され
る補正量を演算する。

そして、制御手段により前記補正量に基づき燃料供給量
が補正制御される。

〈実施例〉 以下に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

一実施例の構成を示す第２図において、内燃機関１には
、エアクリーナ２．吸気ダクト３．スロットルチャンバ
４及び吸気マニホールド５を介して空気が吸入される。

エアクリーナ２には、吸気（大気）温度を検出する吸気
温センサ６が設けられている。スロットルチャンバ４に
は、図示しないアクセルペダルと連動するスロットル弁
７が設けられていて、吸入空気流量Ｑを制御する。スロ
ットル弁７には、その開度ＴＶＯを検出すると共に、ア
イドル位置でＯＮとなるアイドルスイッチ８Ａを含むス
ロットルセンサ８が付設されている。前記スロットル弁
７下流の吸気マニホールド５には、吸気圧力を検出する
吸気圧センサ９が設けられると共に、各気筒毎に電磁式
の燃料噴射弁１０が設けられている。燃料噴射弁１０は
、後述するマイクロコンピュータを内蔵したコントロー
ルユニット１１からの噴射パルス信号によって開弁駆動
し、図示しない燃料ポンプから圧送されプレッシャレギ
ュレータにより所定圧力に制御された燃料を吸気マニホ
ールド５内に噴射供給する。更に、機関１の冷却ジャケ
ット内の冷却水温度Ｔ８を検出する水温センサ１２が設
けられると共に、排気通路１３内の排気中酸素濃度を検
出することによって吸入混合気中の空燃比を検出する酸
素センサ１４が設けられる。

コントロールユニット１１は、機関回転数検出用のクラ
ンク角センサ１５から、機関回転に同期して出力されろ
クランク角単位角信号を一定時間カウントして又はクラ
ンク角基準角度信号の周期を計測して機関回転数Ｎを検
出する。

この他、トランスミッシヨンに車速を検出する車速セン
サ１６．ニュートラル位置を検出するニュートラルセン
サ１７が設けられ、これら信号はコントロールユニット
１１に入力される。

また、スロットル弁７をバイパスする補助空気通路１８
にはアイドル回転数を制御するアイドル制御弁１９が設
けられている。

コントロールユニット１１は、上記のようにして検出さ
れた各種検出信号に基づいて燃料噴射量Ｔ１を演算する
と共に、設定した燃料噴射量Ｔ１に基づいて燃料噴射弁
１０を駆動制御し、さらに、アイドル時にアイドル制御
弁１９の開度を制御することによってアイドル回転数を
制御する。

次に、作用を第３図以下のフローチャートに従って説明
する。

第３図は、設定周期（例えばｌ０ｍ５）毎に実行される
燃料噴射量設定ルーチンである。

ステップ（図ではＳと記す）１では、各種センサ類から
の検出信号を入力する。

ステップ２では、単位時間（例えば１ｍ５）毎にカウン
トアツプされるフリーランカウンタの現在値ＦＲＣと後
述するルーチンにおいて記憶される最新の基準角度信号
ＲＥＦ入力時の値Ｆ　ＲＣｏｔｎの差ＴＭ　（＝ＦＲＣ
ＦＲＣＯＬＤ　）を演算する。

ステップ３では、前記ルーチンにおいて演算された基準
信号入力ＲＥＦ毎の最新の周期ＴＲＥＦから前記ＴＭを
差し引いた値ＴＭ２を演算する。

ステップ４では、前記ＴＭ２の値を本ルーチンの実行周
期を単位時間とする値ＴＭ２Ｓに換算定数Ｒを乗算して
（ＴＭ２Ｓ＝ＴＭ２・Ｒ）換算する。例えば、本ルーチ
ンの実行周期をｌ０ｍ５．フリーランカウンタのカウン
ト周期を１ｒＬＳとした場合にはＲ−１／１０となる。

ステップ５では、スロットル弁開度ＴＶＯから開口面積
Ａ　Ｔ　Ｈ＋　アイドル制御弁１９の開弁デユーティ比
Ｉ　Ｓ　Ｃｏｏｙｙからバイパス通路１８の開口面積Ａ
　Ｉ　Ｓ　Ｃを夫々ＲＯＭに記憶されたマツプからの検
索等により求め、これらを加算して総開口面積Ａを求め
る。

ステップ６では、Ａ／Ｎに対する基本体積効率ＱＣＹＬ
＾。を、マイクロコンピュータのＲＯＭに記憶されたマ
ツプから検索する。

ステップ７では、後述する吸気の体積効率ＱＣＩＬの吸
気系開口面積変化に対する一次遅れ補正係数に２を、吸
気圧力Ｐ！ｌと機関回転数Ｎとの積に対して求められ、
マイクロコンピュータのＲＯＭに記憶されたマツプから
検索する。

ステップ８では、吸気開口面積検出方式対応の体積効率
Ｑ　ｃｙｔａを次式に従って演算する。

ＱｃｙＬＡ＝Ｑｅｖｔａｏ　　′Ｋｚ　＋ＱｃｖＬＡｏ
ｔｏ　　°（Ｉ　　Ｋｚ　）ここで、ＱｃｙｔＡｏＬｏ
は体積効率Ｑ　ＣＹＬＡの前回値であり、開口面積Ａが
変化しない定常運転時は、Ｑ　ｃｙ＋、Ａｏ　＝Ｑｃｖ
ｔ、ａｏｔｏとなって体積効率Ｑ　ＣＹＬＡ−定である
が、開口面積Ａが変化する過渡運転時はスロットル弁下
流のマニホールド容積により、体積効率ＱｃｖｐＡの変
化に遅れを生じるので、これをに、によって定まる一次
遅れ系で近似的に求める。

ステップ９では、以上の値を用いて開口面積検出方式対
応の基本燃料噴射量ＴＰＡを次式により演算する。

ＴＦＡ＝　ＫｃｏＨｓ　　゛　Ｑｃｖｔａ但し、Ｋ、。

□は定数である。前記基本燃料噴射量ＴＰＡは負荷量に
相当し、従ってステップ１〜ステツプ９までの部分が負
荷量演算手段に相当する。

ステップ１０では、負荷量である基本燃料噴射量Ｔ７の
一回微分値ｄＴＰＡを次式により演算する。

ｄＴｐ＾＝Ｔデ＾−ＴＦＡＯＬ１１ 但し、後述するようにＴＰＡＯＬＤは基本燃料噴射量Ｔ
ＰＡの前回値である。

ステップ１１では、負荷量である基本燃料噴射量ＴＰＡ
の量目微分値ｄｄＴｐＡを次式により演算する。

ｄ　ｄ　ＴＰＡ＝　ｄ　ＴＰＡ　　ｄ　ＴＰＡＯＬ１１
但し、後述するようにｄＴｐａ。ＬＤは一回微分値ｄＴ
０の前回値である。

以上ステップ１０及びステップ１１の部分が微分値演算
手段に相当する。

ステップ１２では、次回の演算のため、前記ステップ８
で求めた体積効率Ｑ　ｃｖＬＡを前回値Ｑ　ｅＹＬＡＯ
ＬＤ　＋ステップ９で求めた基本燃料噴射量ＴＰＡを前
回値ＴＰＡＯＬＤ　＋−回微分値ｄＴｐａを前回値ｄＴ
ＰＡＯＬ１１として夫々セットする。

ステップ１３では、これら基本燃料噴射Ｉ　Ｔ　Ｐ　Ａ
の一回微分値ｄＴＰＡ及び量目微分（ＩＩｄｄＴｐａと
を加算して、平均的な負荷量の変化率Ｄａｎｔｐ　（＝
　ｄ　ＴＰＡ十ｄ　ｄ　ＴＰＡ）を演算する。

ステップ１４では、吸気行程末期付近に設定された所定
クランク角までの所要時間ＴＩＭＥを次式に従って演算
する。

ＴＩＭＥ＝ＴＭ２Ｓ＋ＴＲＥＦＳ　（１＋ｘ／１８０）
ここで、燃料噴射時期は気筒毎の上死点前９０’の基準
信号ＲＥＦ入力時に同期して行われ、ＴＲＥＦＳは前記
周期ＴＲＥＦを換算定数Ｒを乗算して換算した値、χは
前記噴射時期の次の基準信号ＲＥＦ入力時から、前記所
定クランク角までの角度である。

ステップ１５では、前記負荷量の変化率Ｄａｎｔｐと所
要時間ＴＩＭＥとに基づいて推定される負荷の変化量に
見合った補正量ＫＴＴＰを次式により演算する。このス
テップ１５の部分が補正量設定手段に相当する。

ＫＴＴＰ−Ｄａｎｔｐ−Ｔ　ＩＭＥ ステップ１６では、次式により所定の対する基本体積効
率Ｑｃｙｔ、ｒｓ。をＲＯＭに記憶したマツプからの検
索等により求める。

ステップ１７では吸気圧力検出方式対応の体積効率Ｑ　
ＣＹＬＰＲを次式により演算する。

Ｑ　ｃｖＬｒｍ　＝　ＱｃｙＬｐｍｏ−ＫＦＬＡＴここ
で、Ｋ　ＦＬＡＴは、ＢＧＪ　（バックグラウンドジョ
ブ）で吸気圧力Ｐ、と機関回転数Ｎとに対してＲＯＭに
記憶された三次元マツプからの検索により求められる微
小補正係数である。

ステップ１８では、吸気圧力検出方式対応の基本燃料噴
射量Ｔ１，８を次式により演算する。

ＴＰＰＩＩ　＝ＫＣＯＮＤ−ＱｃｖＬｐｍ　　・Ｐｉ　
　・ＫＴＡここで、ＫＴＡは水温に対して設定される体
積効率補正係数であり、前述のＢＧＪにおいてＲＯＭに
記憶されたマツプからの検索により求められる。

ステップ１９では、過渡補正を行わない燃料噴射量Ｔ１
が次式により演算される。

Ｔ１＝２・Ｔ、□　・ＬＡＭＢＤＡ　−Ｃ０ＥＦ＋Ｔ。

ここで、ＬＡＭＢＤＡは酸素センサ１４からの空燃比検
出信号に基づき比例積分制御等によって設定されるフィ
ードバック補正係数である。

ステップ２０では、前記燃料噴射量Ｔ１を前記補正量Ｋ
ＴＴＰを用いて補正した最終的な燃料噴射量Ｍ　Ｔ　＋
を次式により演算する。

ＭＴ＋　＝Ｔ＋　＋２・ＫＴＴＰ 尚、Ｔ２□、ＫＴＴＰについては、気筒毎の１回転当た
りの量として設定されており、噴射は２回転毎に行われ
るので、噴射量設定時は夫々２倍としである。

第４図は、前記周期ＴＲＥＦとその換算値ＴＲＥＦＳを
演算すると共に、前記燃料噴射量ＭＴ。

の信号を出力するルーチンを示す。このルーチンはクラ
ンク角センサ１５から気筒間の行程位相クランク角（例
えば４気筒４サイクル機関の場合１８０゜）毎に出力さ
れる基準信号ＲＥＦを入力する毎に実行される。

ステップ２１では、前記フリーランカウンタの現在値Ｆ
ＲＣから前回値Ｆ　ＲＣＯＬＤを差し引くことによって
周期ＴＲＥＦを演算する。

ステップ２２では、次回の演算のため、現在値ＦＲＣを
前回値Ｆ　ＲＣ０ＬＤとしてセットする。

ステップ２３では、前記周期ＴＲＥＦに換算定数Ｒを乗
算して換算値ＴＲＥＦＳを演算する。

ステップ２４では、前記設定された燃料噴射量ＭＴ１に
相当するパルス幅を有するパルス信号を、当該基準信号
ＲＥＦ入力時に対応する気筒（吸気行程上死点前９０°
になっている）の燃料噴射弁１０に出力する。これによ
り、該燃料噴射弁１０からＭＴ１相当量の燃料が吸気通
路２内に噴射供給される。

ここで、フリーランカウンタと前記第４図のステップ２
１〜２３及び第３図のステップ２〜４．１４の部分が時
間演算手段に相当する。

尚、図示しないが、吸気圧力Ｐ、は例えば４ｍｓ毎の周
期でサンプリングされる。

かかる制御によれば、過渡運転時には、負荷量（Ｔｏ）
の−同機分値ｄＴＰＡ及び二面微分値ｄｄＴＰＡによっ
て求めた負荷量の変化率Ｄａｎｔａｐと、燃料噴射量設
定時から供給すべき燃料噴射量に見合った負荷量となる
所定のクランク角までの時間ＴＩＭＥとに基づいて負荷
量の変化量を推定して該推定変化量に見合った量の燃料
供給量の補正量が設定されるため、過渡状態に良好にマ
ツチングした補正量が設定され以て過渡運転時の空燃比
制御精度を向上させ、過渡運転性能を可及的に向上でき
る。

本実施例における加速運転時の各種状態量の変化を第５
図に示す。

また、上記実施例は加速時に燃料供給量を増量補正する
場合の補正量の設定について示したが、減速運転時も負
荷量の減少量を同様にして予測して減速補正量を設定す
る構成とすればよく減速性能を向上できる。

さらに、本発明は、上記のような機関回転に同期する燃
料供給量の増減補正の他、加速検出と略同時に割り込み
供給される割り込み補正制御にも適用できる。

この場合は、クランク角センサ１５が前記のように微小
のクランク角単位角信号を出力するものでは、スロット
ル弁開度ＴＶＯの変化率等によって検出される加速時の
クランク角を検出し、該クランク角から所定クランク角
までの角度差に相当する所要時間を、ＲＥＦ信号の周期
から割り出して前記ステップ１５と同様の演算式によっ
て求めた補正量を直ちに噴射供給する構成とすればよい
。または、気筒別に機関回転同期の噴射開始時期にタイ
マーを起動させ割り込み噴射時に前記ＴＡＴＩＭＥから
タイマーの計測時間を差し引いた値を所要時間として割
り込み補正量を演算するようにしてもよい。

また、本実施例では、負荷量として基本燃料噴射量Ｔ７
の一回微分値及び量目微分値を求める構成としたが、体
積効率ＱｃｖＬを負荷量として基本燃料噴射量Ｔ０の一
回微分値及び量目微分値を求める構成としてもよい。

さらに、本発明は吸気圧力検出による燃料供給量設定方
式を基本としたものにおいて、過渡運転時の補正量を設
定するものに適用したが、この他吸入空気流量と機関回
転数との検出による燃料供給量設定方式を基本としたも
のにも適用でき、更には、過渡運転時以外もスロットル
弁開度と機関回転数の検出により燃料供給量を設定する
方式を基本とするものにも適用できる。

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明によれば、過渡運転時に設定
時期とは異なる所定クランク角における要求燃料供給量
を、負荷量の変化量の予測に基づく補正量を設定して満
足させることができるため過渡運転時にも可及的に高精
度な空燃比制御が行え以て過渡運転性能の向上、排気エ
ミッシヨンの改善を図れるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の構成を示すブロック図、第２図は、
本発明の一実施例の構成を示す図、第３図及び第４図は
同上実施例の各種ルーチンを示すフローチャート、第５
図は、同上実施例における各種状態量の変化を示すタイ
ムチャート、第６図（Ａ）〜（Ｈ）は夫々従来例の加速
実施例における各種状態及び空燃比と三元触媒の転換効
率、ＮＯｘ、Ｃｏ、　ＨＣの排出量を示す図、第７図は
従来の加速時の状態を示す線図である。 １・・・機関　　７・・・スロットル弁トルセンサ　　
９・・・吸気圧センサ Ｈａ　　　１１・・・コントロールユニットツク角セン
サ ８・・・スロッ １０・・・燃料噴 １５・・・クラ 第２図 特許出願人　　　日本電子機器株式会社代理人　弁理士
　笹　島　　冨二雄

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）吸気系の開口面積を決めるパラメータと、機関回
   転数とに基づき機関負荷量を演算する負荷量演算手段と
   、 前記負荷量の単位時間当たりの一階微分値と二階微分値
   とを演算する微分値演算手段と、 前記負荷量が演算されたときから所定クランク角までの
   所要時間を推定演算する時間演算手段と、前記一階微分
   値及び二階微分値と、前記所定クランク角までの所要時
   間とに基づいて所定クランク角までの負荷量の推定変化
   量に見合った燃料供給量の補正量を演算する補正量演算
   手段と、演算された補正量に基づいて燃料供給量を補正
   制御する制御手段とを含んで構成したことを特徴とする
   内燃機関の燃料供給制御装置。
2. （２）吸気系の開口面積を決めるパラメータは、スロッ
   トル弁開度又はスロットル弁開度とスロットル弁をバイ
   パスする補助空気通路に介装されるアイドル制御弁の開
   度である請求項１に記載の内燃機関の燃料供給制御装置
   。
3. （３）補正量演算手段は、機関回転に同期して供給され
   る燃料供給量を増減補正する補正量を演算してなる請求
   項１又は請求項２に記載の内燃機関の燃料供給制御装置
   。
4. （４）補正量演算手段は、機関の過渡運転検出と同時に
   割り込み供給される補正量を演算してなる請求項１又は
   請求項２に記載の内燃機関の燃料供給制御装置。