JPH04295155A - エンジン制御装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエンジン制御装置に係り
、さらに詳細には、空気流量計測値に基づき最適燃料量
を決定してエンジンの空燃比（Ａ／Ｆ）制御を行う装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来よりエンジンの吸気管に流れる空気
流量を計測して、インジェクタから噴射される燃料量（
燃料噴射パルス幅）を算出するエンジン電子制御システ
ムが広く実用化されている。

【０００３】エンジン制御装置では、Ａ／Ｆ制御精度を
高めるため種々の補償を行って燃料量を算出している。 例えば特開昭５５−１１４６０９号公報に開示される技
術では、インジェクタから噴射される燃料の吸気管壁に
おける付着と蒸発の状態変化が空燃比に影響を及ぼすこ
とを考慮し、この燃料付着を補償しつつ必要な燃料量を
算出している。

【０００４】以上の燃料付着に対する補償は、特に過渡
運転時に重要である。図４は過渡運転の一例として、加
速運転時のスロットル開度，基本燃料量，吸気管壁燃料
付着の補償及びＡ／Ｆの関係を示す。図４のように加速
運転時には燃料の増量噴射が要求されるが、加速の段階
では当初燃料の付着量が増すので実線に示すように基本
燃料量（燃料噴射パルス幅）だけではＡ／Ｆがリーンと
なり、目標速度に至った時点ではその付着燃料のうち一
部が蒸発してＡ／Ｆがリッチになる。そのため、過渡運
転時及びその直後に破線に示すように燃料噴射制御に１
次進みの補償と１次遅れの補償をすることで、Ａ／Ｆを
破線のように目標値に保っている。

【０００５】上記従来例では、目標Ａ／Ｆを保つための
要求燃料量の計算手法として、エンジンの吸気管内の燃
料付着の状態変化を、エンジン負荷（吸気管圧力）に関
連して求まる平衡付着量（エンジン負荷が平衡状態のと
きに吸気管壁に常時付着している量）と現時点に付着す
る付着量及び現時点の燃料付着率を取り入れて計算し、
この計算値を基本燃料量に加算減算することで燃料量を
決定している。補償フィルタとしてみれば、平衡付着量
計算は基本燃料計算の１次遅れ系で、現時点の付着量計
算は１次進み系となっており、この二つの補償フィルタ
を組み合わせることで要求燃料量を計算する。

【０００６】そのほか最近では、燃料量を求める場合に
空気流量センサの応答遅れに対する補償フィルタ，エン
ジン吸気系の燃料輸送遅れに対する補償フィルタを上記
吸気管壁燃料付着補償フィルタと多段に接続する技術が
提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
多段フィルタ接続方式を周波数領域で解析すると、吸気
管脈動周波数におけるある領域（例えばエンジンのスロ
ットル全開及びそれに近い高負荷運転時のように吸気管
脈動周波数が高い領域）や電気的ノイズに対して高ゲイ
ンとなる部分があり、制御系として安定性が欠ける運転
領域もあった。

【０００８】また、アイドル運転のように吸気管におけ
る燃料輸送に比較的長い時間を要する場合には、輸送遅
れ補償の演算が限界を超え、この補償フィルタをそのま
ま用いていると反って制御に支障をきたすこともあった
。

【０００９】本発明は以上の点に鑑みてなされたもので
、その目的とするところは、上記のような多段フィルタ
接続方式に生じる各種問題を改善し、空燃比制御系の高
精密制御と円滑な動作を保証するエンジン制御装置を提
供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、基本的には次のような課題解決手段を提案
する。

【００１１】すなわち、　　空気流量センサを用いてエ
ンジンの吸入空気流量を計測し、この計測値に基づきエ
ンジンの最適燃料量を演算する手段を備えたエンジン制
御装置において、最適燃料量の演算に必要な各種の補償
フィルタを多段に接続し、かつエンジンの運転状態に応
じてこれらの各種補償フィルタ群のうち使用したいフィ
ルタ及び省略したいフィルタを選択してフィルタ経路を
自動に変更する手段を設けた。

【００１２】

【作用】上記構成よりなれば、エンジン運転状態と関係
させて各種補償フィルタ群の使用，省略を選択すること
で、多段フィルタの経路変更が図れる。

【００１３】例えば、各種補償フィルタとして空気流量
センサに対する補償，吸気系の燃料輸送遅れに対する補
償，エンジンの吸気管壁に付着する燃料の補償などの各
種のディジタルフィルタを用いる場合には、スロットル
センサ，アイドルスイッチなどからエンジンの過渡運転
，定常運転を検知して、それぞれの状態にあったフィル
タ接続モードに基づき補償フィルタ群の中のフィルタの
使用，省略を選択をするよう設定する。

【００１４】具体例をあげれば、エンジンの過渡運転時
には、上記の各種補償フィルタを全て選択して目標燃料
量を算出し、アイドル運転，高負荷運転のような定常運
転時においては、空気流量センサに対する補償フィルタ
を選択し、燃料輸送遅れに対する補償用及び吸気管壁燃
料付着補償用の各フィルタについては省略して目標燃料
量を算出する等の種々の態様が考えられる。

【００１５】以上のようにフィルタ選択，省略を自動設
定すれば、過渡運転時には、その全ての補償を満足し特
に過渡運転時に問題となる吸気管壁の燃料付着補償も行
われる。これに対して、高負荷運転時やアイドル運転時
には、接続されたフィルタ群を選択的に使用，省略する
ので、そのダイナミックモデルの制御理論と合わなくな
る。しかし、フィルタは直流ゲインは０ｄｂとなるよう
設計されていれば、エンジンが定常時は影響しない。

【００１６】そして、フィルタの選択的な使用，省略に
よりフィルタ経路のゲイン調整は可能となる。その結果
、多段フィルタ接続によってある吸気管脈動周波数の領
域が高ゲインとなる場合（例えば高負荷運転時の吸気管
脈動周数数）、この時に最小限必要とされる補償フィル
タのみの使用を選択し、残りを省略すればゲインを低く
し、制御系の安定化を図れる。

【００１７】また、アイドル運転時には、この時に実効
のないとされる燃料輸送遅れ補償を省略することで、か
えってスムーズなアイドル制御を可能にする。

【００１８】なお、過渡判定は、ドライバの意思が直接
反映されるアイドルスイッチ，スロットルセンサを用い
れば誤判定することはない。

【００１９】

【実施例】本発明の実施例を図面により説明する。

【００２０】図１は本発明の一実施例に係るエンジン制
御装置における各種補償フィルタのブロック構成図、図
２はそのエンジン制御系の一部を示すハード構成図、図
３は上記エンジン制御装置の内部構成図である。

【００２１】図２において、２１はエンジン吸気管を通
過する空気量を計測する空気流量計（例えば熱線式空気
流量計）、２２はエンジンのアイドル，非アイドルを判
定するアイドルスイッチ、２３は各種センサの信号を取
り込みディジタル演算処理にてエンジンの最適燃料量を
計算するエンジン制御装置（マイクロコンピュータ）、
２４はエンジン制御装置２３からの燃料噴射パルス幅信
号により駆動されるインジェクタである。

【００２２】エンジン制御装置２３は、図３に示すよう
に外部アクチュエータを駆動するドライバ３１、各種セ
ンサの出力値をディジタル信号化して入力したり、外部
へのパルス出力を行う入出力ポート３２、各センサ出力
値を基にディジタル演算処理を行い燃料噴射パルス幅（
燃料量）を演算するＣＰＵ３３、ＣＰＵ３３のプログラ
ム，定数を格納する不揮発性メモリ３４、計算された変
数を一時的に格納する揮発性メモリ３５等で構成される
。このうち、ＣＰＵ３３の内容が図１に示すブロック構
成図である。

【００２３】図１において、まず全ての補償フィルタ群
を選択した場合の多段接続モードを説明する。

【００２４】空気流量計２１で計測された空気流量信号
（電圧値）Ｑａは、ハードフィルタ１１にて電気的ノイ
ズが除去される。ディジタルフィルタ１２は熱線式空気
流量計２１の応答遅れを進み補償する。すなわち、熱線
式空気流量計の出力は流量のステップ変化に対して立ち
上がりの遅れがあるため、これを１次遅れで近似し逆補
償を行う。

【００２５】その後、進み補償された電圧値が流量工学
値変換回路１３で空気流量値Ｑｓｆに変換され、進み補
償された空気流量信号Ｑｓｆと気筒流入空気量Ｑｃとの
差分によりブロック１４が吸気管内圧力Ｐを推定し、ブ
ロック１５で吸気管内圧力Ｐとエンジン回転数Ｎ，体積
効率η，吸気温度Ｔの関数ｆ（Ｎ，η，Ｔ）を乗じて気
筒に流入する空気量Ｑｃを算出する。この気筒流入空気
量は、離散値のディジタル演算においては、ブロック１
４の次回の吸気管内圧力Ｐの推定に使用される。なお、
不確定要素である体積効率ηは、近似計算もしくは既知
のパラメータなどのテーブル検索で決定される。

【００２６】１６は燃料輸送遅れ補償フィルタで、燃料
計算時と吸気弁開時の流入空気量のずれの補償を行う。 本実施例ではエンジン１行程分の時間遅れ要素にて補償
を行っている。すなわち、補償フィルタ１７は、真値Ｑ
ｃ´を下式で求める。

【００２７】

【数１】

【００２８】で求められる。上記式においてＴは吸気系
の輸送時間である。

【００２９】流入空気流量の真値Ｑｃ´が算出されると
、吸気管壁燃料付着補償フィルタ１７が吸気管壁内に付
着する燃料液膜の状態変化を補償した空気流量を計算す
る。本実施例では、任意の平衡点から微小の状態変化時
の燃料の蒸発，付着の時定数によるフィルタを設定し、
既述した図４に示すように過渡運転時の１次進み補償と
１次遅れ補償を行う。この補償は、壁流を便宜上考慮し
ない。また、伝達関数にて補償を行っている。

【００３０】ブロック１８は算出した気筒流入空気流量
値ＱＡｆとセンサで検出したエンジン回転Ｎにより最終
的な燃料計算を行う。

【００３１】以上の燃料計算に用いる一連のフィルタ（
ブロック）要素は多段に接続され、またエンジン制御装
置２３のＣＰＵ３３（図３に示す）はフィルタ経路の自
動変更機能を有し、上記一連のフィルタ群がアイドルス
イッチ２２，スロットルセンサ等で検知されるエンジン
運転状態に応じて次のように選択，省略される。

【００３２】すなわち、過渡運転時には、上記一連のフ
ィルタ１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７が全
て接続制御され計算ブロック１８に至る。

【００３３】アイドル運転時には、フィルタ１１，１２
，１３，１４，１５までの使用が選択され、輸送遅れ補
償フィルタ１６及び吸気管壁燃料付着補償フィルタ１７
を省略して燃料量計算ブロック１８に至る。

【００３４】高負荷運転時には、フィルタ１１，１２，
１３までの使用が選択され、ブロック１４，１５及び輸
送遅れ補償フィルタ１６，燃料付着補償フィルタ１７を
省略して燃料計算ブロック１８に至る。

【００３５】図５に図１の各種補償フィルタを気筒流入
空気量補償系と燃料補償系の２つにまとめたブロック図
を示す。燃料遅れ補償フィルタ１６，燃料付着補償フィ
ルタ１７の２つを含んだ燃料補償系は１つの系の伝達関
数でまとめると、分子２次／分母１次の１次進みフィル
タとなっている。

【００３６】図６に図５の燃料補償系と、この系を省略
した場合のゲイン線図を示す。本実施例では燃料補償系
を含んだ場合はエンジンの過渡状態の空気流量変化に対
して、全周波数領域で進みフィルタとなっており、これ
を省略した場合は遅れフィルタになっている。

【００３７】図７に本実施例のエンジン制御装置のプロ
グラムタスクスケジュールを、図８にエンジン制御装置
の角度割込みルーチンを示し、本ルーチンは角度割込み
が発生するとエンジンへの燃料噴射を開始する。

【００３８】ここで、図７及び図９〜図１１によりエン
ジン制御のタイマスケジュールの内容について説明する
。

【００３９】図７に示すように、タイマ割込みが発生す
ると、ステップ７０１でスケジューリングされ、ステッ
プ７０２で４ｍｓｅｃｊｏｂ，ステップ７０３で１０ｍ
ｓｅｃｊｏｂ（１）と１０ｍｓｅｃｊｏｂ（２）がそれ
ぞれ選択される。

【００４０】４ｍｓｅｃｊｏｂでは、図９のフローチャ
ートに示すようにステップ９０１でＡ／Ｄコンバータ等
により熱線式空気流量計の出力を読み込む。ステップ９
０２でディジタルフィルタ１２により空気流量計の出力
を進み補償する。

【００４１】１０ｍｓｅｃｊｏｂ（１）では、図１０の
フローチャートに示すようにステップ１００１で吸気管
内圧力Ｐを計算し、ステップ１００２で気筒流入空気量
Ｑｃを計算する。ステップ１００３で行程遅れ補償（燃
料遅れ補償）を行い、ステップ１００４で吸気管壁燃料
付着補償（液膜補償）ＱＡｆを行う。

【００４２】１０ｍｓｅｃｊｏｂ（２）では図１１のフ
ローチャートに示すような燃料噴射量計算ルーチンを実
行する。ステップ１１０１でアイドルスイッチがオンか
オフを判断し、オンであれば気筒流入空気量Ｑｃを選択
、オフであれば行程遅れ補償，燃料付着補償を含んだ気
筒流入空気量ＱＡｆを選択し、ステップ１１０４で燃料
計算を行う。

【００４３】本実施例によれば、アイドルスイッチ等で
エンジンの過渡，定常の判断をして、燃料量計算に用い
る各種補償フィルタの接続モードを変更することで、次
のような効果を奏する。

【００４４】すなわち、過渡運転の時には空気流量計の
応答遅れ補償のほかに、気筒空気流入量の推定演算，さ
らに過渡運転時に特に必要とされる吸気管壁燃料付着の
補償を行うので、従来課題とされていた過渡運転時のＡ
／Ｆの精密制御を可能にする。　　さらに、アイドル運
転時の場合には、フィルタ１６の遅れ補償を省略するこ
とでスムーズなアイドル運転を補償する。すなわち、フ
ィルタ１６での真値Ｑｃ´を算出する式に用いる輸送時
間Ｔがアイドル運転時にはあまりに大きくなりすぎ補償
計算の限界を超えるため、このフィルタ１６の使用をア
イドル運転時に省略することで、制御のレスポンスを高
め、しかもアイドル運転のような定常運転時には過渡運
転時に特に必要な吸気管壁燃料付着フィルタ１７を省略
してもＡ／Ｆ制御精度を良好に保てる。

【００４５】また、高負荷運転時には、補償フィルタ１
４，１５，１６，１７等の省略してこの運転時に問題と
されていた特定の吸気管脈動周波数に対するゲインを低
めることで、制御系の安定を図り得る。なお、気筒流入
空気量計測値に吸気管脈動周波数を遮断するフィルタを
設けても、吸気管脈動の影響を受けないＡ／Ｆ制御を実
行できる。

【００４６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、エンジン
の燃料量算出に用いる各種のフィルタを多段接続し、こ
れらのフィルタの接続モードをエンジンの運転状態に応
じて適宜に変更することで、定常運転及び過渡運転にお
ける空燃比制御の精度向上と円滑なＡ／Ｆ制御動作の両
立を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における燃料量演算系の各種
補償フィルタのブロック群を示す説明図。

【図２】上記実施例に用いるエンジン制御系のハード構
成図。

【図３】上記実施例に用いるエンジン制御装置の内部構
成を示す説明図。

【図４】上記実施例に用いる吸気管壁燃料付着補償の原
理を示す説明図。

【図５】上記実施例の燃料補償系の演算動作を示す説明
図。

【図６】上記実施例の燃料補償フィルタ系の一部を省略
した場合としない場合のゲインを比較した線図。

【図７】上記実施例のエンジン制御装置の動作プログラ
ムを示すフローチャート。

【図８】上記実施例の燃料噴射動作ルーチンを示すフロ
ーチャート。

【図９】上記実施例の空気流量系の補償動作を示すフロ
ーチャート。

【図１０】上記実施例に用いる各種補償フィルタの動作
を示すフローチャート。

【図１１】上記実施例に用いる多段接続補償フィルタの
モード選択動作を示すフローチャート。

【符号の説明】

１１…ハードフィルタ、１２…空気流量計補償用フィル
タ、１４…吸気管圧力計算ブロック、１５…気筒流入空
気量演算ブロック、１６…燃料輸送遅れ補償フィルタ、
１７…吸気管壁燃料付着補償用フィルタ、１８…燃料計
算ブロック、２１…熱線式空気流量系、２２…アイドル
スイッチ、２３…エンジン制御装置（補償フィルタ付き
燃料演算手段，フィルタ経路自動変更手段）、２４…イ
ンジェクタ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　空気流量センサを用いてエンジンの吸
   入空気流量を計測し、この計測値に基づきエンジンの最
   適燃料量を演算する手段を備えたエンジン制御装置にお
   いて、最適燃料量の演算に必要な各種の補償フィルタを
   多段に接続し、かつエンジンの運転状態に応じてこれら
   の各種補償フィルタ群のうち使用したいフィルタ及び省
   略したいフィルタを選択してフィルタ経路を自動に変更
   する手段を設けたことを特徴とするエンジン制御装置。
2. 【請求項２】　　前記各種の補償フィルタは、前記空気
   流量センサに対する補償，吸気系の燃料輸送遅れに対す
   る補償，エンジンの吸気管壁に付着する燃料の補償など
   に用いる各種のディジタルフィルタを多段に接続したも
   ので、前記フィルタ経路の自動変更手段は、スロットル
   センサ，アイドルスイッチなどからエンジンの過渡運転
   ，定常運転を検知して、それぞれの状態にあったフィル
   タ接続モードに基づき補償フィルタ群の中のフィルタの
   使用，省略を選択をするよう設定したことを特徴とする
   エンジン制御装置。