JPH0412150A - エンジン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、車両エンジンにおいてスロットル開度、エン
ジン回転数等により吸入空気量を推定して燃料噴射量を
定めるＤジェトロ式の燃料噴射制御装置に関し詳しくは
、過渡時の空燃比制御精度の向上対策に関する。

〔従来の技術〕

エンジンの燃料噴射制御系として、スロットル開度、エ
ンジン回転数により吸入空気量を推定する方式か既に提
案されており、この方式によると、過渡時に特にスロッ
トル開度が変化すると、吸入空気量の変化を予測して早
目に燃料噴射量も変化する。従って、過渡時の燃料の対
応が迅速化して応答性に優れている。

ところで、過渡時にスロットル開度が変化する場合に、
実際にシリンダに流入する空気ｊｉｔ（実筒内吸気量）
には遅れが生じる。このため、上述のようにスロットル
開度の変化量に基づいて燃料噴射量を決定すると、加速
時には燃料噴射量の増量が実筒内吸気量の増大より早過
ぎて空燃比がリッチ化し、減速時には燃料噴射量の減量
が同様に生じて空燃比のリーン化を招く。このため、過
渡時対策として上記実筒内吸気量の遅れを加味して燃料
噴射量を決定することか必要になる。

そこで従来、上記燃料噴射制御に関しては、例えば特開
昭６０−４３１３５号公報の先行技術がある。ここで、
スロットル開度が変化する場合の空気流量が一次遅れの
関係になることを利用し、燃料噴射量も一次遅れを持た
せて徐々に増減するように算出することが示されている
。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上記先行技術のものにあっては、過渡時の吸
気量の一次遅れの特性を参照して燃料噴射量もそれに類
偏して変化することから、空燃比の大きな変動は防くこ
とはできる。しかし、実際の吸気量の変化は一義的に定
まらないので、吸気量に対し燃料噴射量は常に適正化し
難く、空燃比制御の精度は低い等の問題かある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、その目的
とするところは、スロットル開度１工ンジン回転数等に
より燃料噴射量を定める方式において、過渡時の燃料噴
射量を最適化して空燃比制御精度を向上することか可能
なエンジンの燃料噴射制御装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明のエンジンの燃料噴射
制御装置は、スロットル開度、エンジン回転数、吸気温
によりスロットル弁通過空気量。

吸気マニホールド内圧力を算出し、吸気マニホールド内
圧力に基づきシリンダ流入空気量を推定して燃料噴射量
を決定する制御系において、空気量算出時に所定の遅れ
時間を設定し、遅れ時間先を予測して少なくともスロッ
トル開度予測値を算出するスロットル開度ｆ測値算出手
段と、スロットル開度予測値とスロットル開度変化量と
により割込み燃料噴射量を設定する割込み燃料噴射設定
手段と、加速初期に割込み燃料噴射信号を一番近い吸気
行程の気筒から他の気筒に１回ずつ出力する出力手段と
を備えるものである。

〔作　　　用〕

上記構成に基づき、スロットル開度、エンジン回転数等
によりシリンダ流入空気量が算出推定されるが、この場
合に過渡時の実筒内吸気量に対するシリンダ流入空気量
算出の遅れに対して遅れ時間か予め設定され、この遅れ
時間先を予測したスロットル開度予測値とエンジン回転
数予測値とて種々の算出か行われる。そこで、遅れ時間
後のシリンダ流入空気量は遅れを補償するように算出さ
れて、早期に実筒内吸気量と一致し、過渡時の空燃比を
高い精度で一定制御するようになる。また、加速の場合
の初期には、加速状態に応じて割込み燃料噴射されるこ
とで、実筒内吸入空気量の立上り時の空燃比も補償する
ようになる。

〔実　施　例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

先ず、第２図の吸気系モデルにより本発明の燃料噴射制
御の基本原理について述べる。エンジン本体Ｉの吸気系
はスロットル弁２を有するスロットルボデー３か設けら
れ、このスロットルボデ３が吸気マニホールド４を介し
て吸気弁５を有する吸気ポー＋−６に連通し、吸気弁５
が開くことでシリンダ７に吸気する。一方、制御ユニッ
ト２０は、スロットル開度、エンジン回転数等により各
運転条件に応した吸気量を推定し、この吸気量に対応す
る燃料噴射信号を算出しており、この噴射信号かインジ
ェクタ８に出力して燃料噴射するようになっている。

今、大気圧をＰａ、大気圧密度をρａ、実筒内吸入空気
量をＭａｐ、　　スロットル弁通過空気量をＭ　ａｔ。

吸気マニホールド内圧力をＰ、吸気マニホールド容積を
Ｖ、吸気温をＴ、吸気マニホールド内空気量をＭとする
と、 空気の保存式はｄＭ／ｄｔ　−Ｍａｔ−Ｍａｐ　　−（
１）状態方程式はＰＶ−ＭＲＴ　　　　　　　・・・（
２）実筒内吸入空気量Ｍａｐは Ｍａｐ＝　（Ｎ　−Ｄ／２ＲＴ）　　・７７Ｖ　・Ｐ　
　−（３）スロットル弁通過空気量Ｍａｔは Ｍａ［＝Ｃ−Ａ・ψ−、ｆ；ＩＪ　・ｐａ　　＝４４）
但し、Ｐ　／　Ｐａ　＞　（２／（ｋ＋１）］　　’　
””’のとき、ψ−２ｇｋ／（ｋ−１）［（Ｐ／Ｐａ）
２に−（Ｐ／Ｐａ）””ｌｋＰ／Ｐａ　＜　　（２／（
ｋ＋ｌ）ｌ’　””のとき、この場合、Ｎ：エンジン回
転数、Ｄ＝排気量。

ηＶ　：体積効率、Ｃ：流量係数、Ｒ：ガス定数。

ｋ：比熱比１ｇ：重力加速度、Ａ：空気通過面積なお、
体積効率ηヮ、流量係数Ｃおよび空気通過面積Ａは、そ
れぞれスロットル開度αの関数として表わされる。

更に、（１）式と（２）式とから、 ｄＰ／ｄｔ　−（ＲＴ／Ｖ）　・（Ｍａｔ−Ｍａｐ）　
・＝（５）となり、（５）式を離散化してまとめると以
下のようになる。

Ｐ　（ｋ＋１＞　−Ｐ　（ｋ）＋　（ＲＴ／Ｖ　−（Ｍ
ａｔ（ｋ）　−Ｍａｐ（ｋ）１・・・（６） 従って、実筒内吸入空気量Ｍａｐは、（６）式の吸気マ
ニホールド内圧力Ｐ（ｋ＋１．）を（３）式に代入して
得られることがわかる。

ここで、加速時の実際の吸気量変化状態について述べる
と、スロットル開度αが第４図（ａ）のように変化して
スロットル弁通過空気量Ｍａｔが増大しても、吸気マニ
ホールド容積等の影響によりシリンダの流入空気量、即
ち実筒内吸入空気量Ｍａｐは第５図（Ｃ）のように遅れ
て増大することになる。

また、実筒内吸入空気＠　Ｍ　ａ　ｐの算出法について
述べると、上述の（６）式で示すように、スロットル弁
通過空気ｆｉ　Ｍ　ａ　ｔと実筒内吸入空気量Ｍａｐと
の偏差ΔＭに基づいて吸気マニホールド内圧力Ｐを算出
している。従って、スロットル開度αの変化により流量
係数Ｃ１空気通過面積Ａ等が変化して更にスロットル弁
通過空気量Ｍａｔか変化した時点で、吸気マニホールド
内圧力Ｐの値も変化して実筒内吸入空気量Ｍａｐの増大
が算出される。従って、実筒内空気量Ｍａｐに対して計
算される吸気量１即ち燃料噴射量決定時の空気量は、第
５図（ｃ）の計算空気量ＭのようにΔＭの分たけ少なく
なる。即ち、実筒内吸入空気量Ｍａｐに対し、計算空気
量Ｍとの間には所定の位相すれ（以下行程遅れ時間Ｔｄ
と称する）か存在し、これに基づいて加速時の空燃比が
リーン化することがわかる。

そこで、かかる行程遅れ時間Ｔｃｌを補償するには、行
程遅れ時間Ｔｄの分たけ先のスロットル開度、エンジン
回転数を予測し、この予測値に基づいてシリンダ流入空
気量Ｍａｐ（ｋ）を算出すれば良いことになる。一般に
今回の値５（ｋ）、前回の値５（ｋ−１）、サンプル時
間Δｔ１．行程遅れ時間Ｔｄとすると、予測値ｆｆ（ｋ
）は以下のように示される。

宮（ｋ）　−Ｓ　（ｋ）　＋　（Ｔｄ／Δｔ　）ｉｓ　
（ｋ）　−Ｓ　（ｋ−１）１従って、スロットル開度α
の予測（ａ’２？（ｋ）　、エンジン回転数Ｎの予測値
Ｒ（ｋ）は以下のように算出される。

古くｋ）＝α（ｋ）　＋　（Ｔ　ｄ／Δｔ）Ｉα（ｋ＞
−α（ｋ−１））・・・（ア） ’ｆ’１ｊ（ｋ）　−Ｎ　（ｋ）　＋　（Ｔｄ／Δｔ）
ｆＮ（ｋ）　−Ｎ（ｋ−１＞１・・・（８） そこでかかるスロットル開度αの予測値ｆｉ（ｋ）。

エンジン回転数Ｎの予測値Ｎ（ｋ）により、吸気マニホ
ールド内圧力Ｐ　（ｋ＋１）を求めてシリンダ流入空気
量Ｍａｐ（ｋ）を算出することで、計算によるシリンダ
流入空気量は第５図（Ｃ）のＭ′のようになり、実筒内
吸入空気量Ｍａｐと早期に一致することかわかる。

ところで、実筒内吸入空気ＱＭａｐとシリンダ流入空気
量Ｍ′の初期の斜線の領域は、上述の予測計算でも補償
することができないで残り、この領域の不足量か存在す
る。このため、スロットル開度予測値ｆｉ（ｋ）とスロ
ットル開度変化量へ’６（ｋ）との要素により加速初期
の状態、即ち燃料不足量を推定し、これに応して割込み
燃料噴射ＪｔＴｉ。

をマツプ等により設定する。そして加速初期に割込み燃
料噴射することで、この領域も補償するのであり、こう
して加速等の過渡時の全域て空燃比を最適制御し得るこ
とになる。

第１図において、上述の基本原理による燃料噴射制御装
置の電子制御系について述べる。

先ず、エンジン回転数センザ１０．スロットル開度セン
サ１１．吸気温センサ１２．および空燃比センサ１３を
有し、これらのセンサ信号が制御ユニット２０に人力す
る。

制御ユニット２０は、スロットル開度センサＩＩのスロ
ットル開度αが人力するスロットル開度予測値算出手段
２１を有し、定常時は今回の値α（ｋ）と等しい予測１
ｉ１’２ｉ（ｋ）を出力する。また過渡時は今回と前回
の値α（ｋ）、α（ｋ−１）　、行程遅れ時間Ｔｄ。

サンプル時間Δｔを用い、上記（７）式に基づいてスロ
ットル開度予測値６りｋ）を算出する。また、エンジン
回転数センサ１０のエンジン回転数Ｎもエンジン回転数
予測値算出手段２２に人力し、同様にしてエンジン回転
数予測値Ｒ（ｋ）を算出する。

スロットル開度予測値♂（ｋ）はスロットル弁通過空気
量算出手段２３に入力し、マツプＭ１によりスロットル
開度予測値６（ｋ）に応じた空気通過面積Ａを求め、マ
ツプＭ２によりスロットル開度予測値６（ｋ）に応じた
流量係数Ｃを求める。また、マツプＭ３により吸気マニ
ホールド内圧力Ｐ　（ｋ）に応じた係数ψを求め、これ
らの空気通過面積Ａ。

流量係数Ｃ１係数ψおよび大気圧Ｐａ、大気圧密度ρａ
により、演算部２３ａて上記（４）式に基づいてスロッ
トル弁通過空気量Ｍａｔ（ｋ）を算出する。

スロットル開度予測値ｆｉ（ｋ）、エンジン回転数予測
値’Ｒ（ｋ）および吸気温センサ１２の吸気温Ｔはシリ
ンダ流入空気量算出手段２４へ入力し、マツプＭ５によ
りスロットル開度予測値６（ｋ＞とエンジン回転数予測
値Ｒ（ｋ）とに応した体積効率η、を求め、マツプＭ６
により吸気温Ｔに応した係数（Ｄ／２ＲＴ）を求める。

これらの体積効率ηＶ、係数（Ｄ／２ＲＴ）、エンジン
回転数予測値’Ｒ（ｋ）、および吸気マニホールド内圧
力Ｐ　（ｋ）は演算部２４ａに入力し、上記（３）式に
基づいてシリンダ流入空気量Ｍａｐ（ｋ）を算出する。

また、スロットル弁通過空気量Ｍ　ａｔ　（ｋ）　、シ
リンダ流入空気量Ｍａｐ（ｋ）、吸気温Ｔは吸気マニホ
ールド内圧力算出手段２５に入力し、マツプＭ４により
吸気温Ｔに応じた係数（ＲＴ／Ｖ）を求め、演算部２５
ａでスロットル弁通過空気量Ｍａｔ（ｋ）、シリンダ流
入空気量Ｍａｐ（ｋ）、および係数（ＲＴ／Ｖ）により
上記（５）式に基づいて吸気マニホールド内圧力Ｐ　（
ｋ）を算出する。また、吸気マニホールド内圧力Ｐ　（
ｋ）により上記（６）式に基づいて吸気マニホールド内
圧力Ｐ　（ｋ＋１）を算出するのであり、この吸気マニ
ホールド内圧力Ｐ（ｋ＋１．）はシリンダ流人空気量算
出手段２４に人力し、吸気マニホールド内圧力Ｐ　（ｋ
＋１）に応したシリンダ流入空気ｊｉＭａｐ（Ｋ）を算
出し、このシリンダ流入空気量Ｍ　ａｐ（ｋ）が基本燃
料噴射量算出手段２６に人力する。

基本燃料噴射量算出手段２６はシリンダ流入空気量Ｍａ
ｐ（ｋ）と理論空燃比［＾／　ＦＩＴとにより基本燃料
噴射量”ｒｐを、 Ｔｐ　−Ｋ　−Ｍａｐ（ｋ）／［Ａ／Ｆ］Ｔにより算出
する。

一方、空燃比センサ１３の空燃比＾／Ｆはフィードバッ
ク補正量算出手段２７に人力し、空燃比＾／Ｆに応した
フィードバック補正量ＫＦＢを設定するのであり、基本
燃料噴射量Ｔｐ、フィードパ・７り補正量ＫＦＢは燃料
噴射量算出手段２８に入力し、燃料噴射パルス幅Ｔｉを
、 Ｔ　ｉ　−Ｔｐ　−ＫｐＢ により決定する。そして燃料噴射パルス幅Ｔｉに応じた
噴射信号を、インジェクタ８に出力するようになってい
る。

続いて、割込み燃料噴射制御系について述べると、スロ
ットル開度子＃Ｉ値算出手段２１からのスロットル開度
Ｔ−測値２（ｋ）が入力する割込み燃料噴射量設定手段
２９を有する。ここで、スロットル開度変化量Δ’？（
ｋ）を、スロワ！・ル開度予Ｍｌ値ｄ（ｋ＞を用いて以
下のように算出する。

Δ３　（ｋ）　−３（ｋ＞　−３（ｋ−ｘ＞こうして、
スロットル開度予測値♂（ｋ）とスロ・ソトル開度変化
量Δ２（ｋ）とにより、加速状態が適確に判断されるこ
とになり、割込み燃料噴射量Ｔ１ｏを第３図のマツプに
示すように、スロットル開度変化量Δ’ｆ（ｋ）、スロ
ットル開度予測値’６（ｋ）に対して増大関数で定める
。

一方、スロットル開度予測値算出手段２Ｉからのスロッ
トル開度変化信号８恵火時期信号が人力する出力手段３
０を有し、加速と判断すると一番近い吸気行程の気筒か
ら〕回ずつ割込み燃料噴射量Ｔｉｏの信号をインジェク
タ８に出力する。この場合、通常噴射に間に合わないと
きは非同期噴射し、間に合うときは同期噴射するように
構成される。

次いて、かかる構成の燃料噴射制御装置の作用を、第４
図のフローチャートと第５図のタイムチャートとを用い
て述べる。

先ス、エンジン運転時に第４図（ａ）のフローチャート
が実行され、スロットル開度センサ１１　　エンジン回
転数センサ１０のスロットル開度α、エンジン回転数Ｎ
に対し、制御ユニット２０のスロットル開度予測値算出
手段２１．エンジン回転数予測値算出手段２２でスロッ
トル開度予測値’２ｉ（ｋ）、エンジン回転数予測値Ｒ
（ｋ）が算出される。そこで、定常時には関係無いか、
第５図のような加速時には行程遅れ時間Ｔｄを予め加味
して予測したスロットル開度予測値’２？（ｋ）、エン
ジン回転数予測値Ｒ（ｋ）が、第５図（ａ）　、　（ｂ
）のように多目に算出される。

そしてスロットル開度予測値２（ｋ）、エンジン回転数
予測値Ｒ（ｋ）によりスロットル弁通過空気量算出手段
２３で空気通過面積Ａ、流量係数Ｃが設定されることで
、スロットル弁通過空気量Ｍａｔ（ｋ）も多目の値にな
る。

一方、シリンダ流入空気量Ｍａｐ（ｋ）は、シリンダ流
入空気量算出手段２４て予測前の吸気マニホルド内圧力
Ｐ　（Ｋ）等により算出されることで、ｆＭａＬ（ｋ＞
　−Ｍａｐ（ｋ）ｌの値は比較的大きいものになる。

他方、この加速時には第４図（ｂ）のルーチンか実行さ
れて、スロットル開度予測値２（ｋ）、スロットル開度
変化量Δ’２ｉ（ｋ）により割込み燃料噴射量Ｔ１ｏか
設定され、加速と判断されるとその初期に各気筒の吸気
行程毎に第５図（ｄ）のように割込み燃料噴射される。

このため、加速状態に応して一時的に燃料が増量して、
加速初期の実筒内吸入空気量Ｍａｐか立上る際の空燃比
が補償される。

また、　ｆＭａｔ（ｋ）　−Ｍａｐ（ｋ月の値と共に、
吸気マニホールド内圧力Ｐ　（ｋ＋１）　、およびシリ
ンダ流入空気量Ｍａｐ（ｋ）の値は多目になることで、
行程遅れ時間Ｔｄが経過した以降の計算によるシリンダ
流入空気量Ｍａｐ（ｋ）の値は、第５図（ｃ）のＭ′の
ように急増する。そして実筒内吸入空気量Ｍａｐに対し
、計算によるシリンダ流入空気量Ｍａｐ（ｋ）の値は、
早期に一致するようになり、シリンダ流入空気量Ｍａｐ
（ｋ）に対応したものになる。これにより、大筒内吸入
空気量Ｍａｐが急増する場合に、インジェクタ８からの
燃料噴射量も第５図（（＋）のように実筒内吸入空気ｌ
ｉｔ　Ｍ　ａ　ｐに対応して行程遅れ時間Ｔｄを補償す
るように増加制御される。

こうして加速時には、初期に割込み燃料噴射され、次い
て行程遅れ時間Ｔｄを見込んで燃料噴射量が急増制御さ
れることで、空燃比は高い制御精度で一定に保持される
。一方、減速時には、上述と逆に行程遅れ時間Ｔｄを予
め加味してシリンダ流入空気量Ｍａｐ（ｋ）が少な目に
算出され、燃料噴射パルス幅Ｔｉが実筒内吸入空気量Ｍ
ａｐに対し早期に対応したものになる。

以上、本発明の実施例について述べたが、これのみに限
定されない。また、水温等の補正は割込み燃料噴射にも
行うことで効果が増す。

〔発明の効果〕

以上述べてきたように、本発明によれば、スロットル開
度、エンジン回転数等によりシリンダ流入空気量を算出
して燃料噴射量を決定する制御系において、空気量算出
方法に伴う行程遅れをｐめ加味して算出するので、過渡
時に大筒内吸入空気量に対し計算により空気量が早期に
一致して空燃比制御精度を向上し得る。

さらに、スロットル開度、エンジン回転数に対し行程遅
れを見込んだ予測値を算出する方法であるから、制御し
易く、実筒内吸入空気量と計算による空気量との収束性
も良い。

さらにまた、加速初期には更にスロットル開度予測値と
スロットル開度変化量とにより加速状態に応して割込み
燃料噴射するので、大筒内吸入空気量の立上り時におけ
る空燃比も適確に補償されて効果か大きい。

また、割込み燃料噴射は各気筒の吸気行程に略同期して
行うので、燃料を適確に増量し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のエンジンの燃料噴射制御装置の実施例
を示す電子制御系のブロック図、第２図はエンジン吸気
系の略図、 第３図は割込み燃料噴射量のマツプを示す図、第４図（
ａ）、（ｂ）は燃料噴射制御の作用を示すフローチャー
ト、 第５図は加速時の燃料噴射制御の状態を示すタイムチ中
−１・である。 ８・・・インジェクタ、２０・・制御ユニット、２１・
・・スロットル開度予測値算出手段、２２・・・エンジ
ン回転数予測値算出手段、２３・スロットル弁通過空気
量算出手段、２４・・シリンダ流入空気量算出手段、２
５・・・吸気マニホールド内圧力算出手段、２９・・・
割込み燃料噴射量算出手段、３０・・・出力手段特許出
願人　　富士重工業株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　スロットル開度、エンジン回転数、吸気温によりスロ
   ットル弁通過空気量、吸気マニホールド内圧力を算出し
   、吸気マニホールド内圧力に基づきシリンダ流入空気量
   を推定して燃料噴射量を決定する制御系において、 空気量算出時に所定の遅れ時間を設定し、遅れ時間先を
   予測して少なくともスロットル開度予測値を算出するス
   ロットル開度予測値算出手段と、スロットル開度予測値
   とスロットル開度変化量とにより割込み燃料噴射量を設
   定する割込み燃料噴射設定手段と、 加速初期に割込み燃料噴射信号を一番近い吸気行程の気
   筒から他の気筒に１回ずつ出力する出力手段とを備える
   ことを特徴とするエンジンの燃料噴射制御装置。