JPH0650074B2 - エンジンの燃料制御方法 - Google Patents
エンジンの燃料制御方法Info
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- JPH0650074B2 JPH0650074B2 JP58144620A JP14462083A JPH0650074B2 JP H0650074 B2 JPH0650074 B2 JP H0650074B2 JP 58144620 A JP58144620 A JP 58144620A JP 14462083 A JP14462083 A JP 14462083A JP H0650074 B2 JPH0650074 B2 JP H0650074B2
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- F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
- F02D41/04—Introducing corrections for particular operating conditions
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はエンジンの燃料制御方式に関し、特に空燃比の
制御に好適なエンジンの燃料制御方法に関する。
制御に好適なエンジンの燃料制御方法に関する。
従来の燃料噴射制御は、エンジンに吸入される空気と燃
料との比（以下、空燃比と呼ぶ）を検出する空燃比セン
サの情報をフィードバックし、この情報とエアーフロー
メータ、または、エンジンの空気吸入負圧、エンジン回
転数から得たエンジン周りの空気量とを基に、燃料噴射
量を決定する方式を用いていた（電学会雑誌ＶＯＬ １
０１ ＮＯ１２「エンジン制御」、または計測自動制御
会雑誌ＶＯＬ ２１ ＮＯ７「最近のエレクトロニクス
カー」）。
料との比（以下、空燃比と呼ぶ）を検出する空燃比セン
サの情報をフィードバックし、この情報とエアーフロー
メータ、または、エンジンの空気吸入負圧、エンジン回
転数から得たエンジン周りの空気量とを基に、燃料噴射
量を決定する方式を用いていた（電学会雑誌ＶＯＬ １
０１ ＮＯ１２「エンジン制御」、または計測自動制御
会雑誌ＶＯＬ ２１ ＮＯ７「最近のエレクトロニクス
カー」）。
上記制御においては、エンジンに空気と燃料を吸入する
吸気管に粒子状に噴射された燃料が付着して液膜とな
り、または、その液膜が蒸発（気化）するので実際にエ
ンジン内に吸入される燃料の量が変化し、目標とする空
燃比が達成できなくなるという問題があった。
吸気管に粒子状に噴射された燃料が付着して液膜とな
り、または、その液膜が蒸発（気化）するので実際にエ
ンジン内に吸入される燃料の量が変化し、目標とする空
燃比が達成できなくなるという問題があった。
また、排気管内での排気ガスの流動遅れのため空燃比セ
ンサで得た情報に遅れがあり、さらに、吸入管内の燃料
の動特性は、大気圧やエンジン温度の影響で変化するの
で、これらを考慮した制御方法が必要となる。
ンサで得た情報に遅れがあり、さらに、吸入管内の燃料
の動特性は、大気圧やエンジン温度の影響で変化するの
で、これらを考慮した制御方法が必要となる。
本発明の目的は、上記のような従来技術の欠点を解消
し、燃料系の動特性の変化、および排気管内の排気ガス
の流動遅れに対応して、エンジンに吸入される空燃比を
目標値にすることの可能なエンジンの燃料制御方法を提
供することにある。
し、燃料系の動特性の変化、および排気管内の排気ガス
の流動遅れに対応して、エンジンに吸入される空燃比を
目標値にすることの可能なエンジンの燃料制御方法を提
供することにある。
本発明の上記目的は、エンジン内に吸入される空気と燃
料との比である空燃比を検出する空燃比センサの情報を
フィードバックし、該情報とエンジンの吸入空気量とに
基づいて、前記空燃比が目標値となるよう、エンジンの
燃料噴射量を制御するエンジン制御方法において、前記
燃料噴射量とエンジン回転数，空燃比の検出値およびエ
ンジンの吸入空気量とを用いて、大気圧，エンジン温度
を含む環境の変化による燃料系の動特性の変化を同定す
る処理と、排ガス流動遅れによる前記空燃比センサの検
出遅れに対し、前記同定により得たパラメータを用い
て、前記エンジンに吸入される燃料を推定し、前記吸入
空気量との比が目標とする空燃比となるよう、前記燃料
噴射量を制御する処理とを含むことを特徴とするエンジ
ンの燃料制御方法によって達成される。
料との比である空燃比を検出する空燃比センサの情報を
フィードバックし、該情報とエンジンの吸入空気量とに
基づいて、前記空燃比が目標値となるよう、エンジンの
燃料噴射量を制御するエンジン制御方法において、前記
燃料噴射量とエンジン回転数，空燃比の検出値およびエ
ンジンの吸入空気量とを用いて、大気圧，エンジン温度
を含む環境の変化による燃料系の動特性の変化を同定す
る処理と、排ガス流動遅れによる前記空燃比センサの検
出遅れに対し、前記同定により得たパラメータを用い
て、前記エンジンに吸入される燃料を推定し、前記吸入
空気量との比が目標とする空燃比となるよう、前記燃料
噴射量を制御する処理とを含むことを特徴とするエンジ
ンの燃料制御方法によって達成される。
以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。
第１図は、本発明の一実施例によるエンジンの燃料制御
装置の構成を示すブロック図である。
装置の構成を示すブロック図である。
クランク角センサ４により検出されたエンジン１の回転
数、エアーフローメータ６、空燃比センサ（Ｏ２セン
サ）７のそれぞれのデータＮ、Ｇａ、ＡＦはコンピュー
タ３に入力される。コンピュータ３は、エンジン１に吸
入される吸入燃料の量Ｇｆｅ(k)と吸入空気量Ｇａｅ(k)
の比が目標空燃比ＡＦ(k)となるように、前記データを
基に燃料噴射量を決め、燃料噴射装置５の開閉時間を演
算し指令する。
数、エアーフローメータ６、空燃比センサ（Ｏ２セン
サ）７のそれぞれのデータＮ、Ｇａ、ＡＦはコンピュー
タ３に入力される。コンピュータ３は、エンジン１に吸
入される吸入燃料の量Ｇｆｅ(k)と吸入空気量Ｇａｅ(k)
の比が目標空燃比ＡＦ(k)となるように、前記データを
基に燃料噴射量を決め、燃料噴射装置５の開閉時間を演
算し指令する。
しかし、ここで問題となるのは、空気と燃料が吸気管２
によりエンジン１内に送り込まれる過程で吸気管２に粒
子状の燃料が付着して液膜を形成し、この液膜が蒸発し
てしまうので、実際にエンジン１内に送り込まれる燃料
の量が目標量と異ってしまう点である。
によりエンジン１内に送り込まれる過程で吸気管２に粒
子状の燃料が付着して液膜を形成し、この液膜が蒸発し
てしまうので、実際にエンジン１内に送り込まれる燃料
の量が目標量と異ってしまう点である。
この問題を解決するためには、その特性を知る必要があ
る。制御の対象となるエンジン周りの空気系、燃料系、
および排気管の排ガス流動遅れは次のように表現でき
る。
る。制御の対象となるエンジン周りの空気系、燃料系、
および排気管の排ガス流動遅れは次のように表現でき
る。
空気系： Ｇａ＝ａ１・Ｐ・Ｎ＋ａ２ＶdP/dt （１．１） Ｇａｅ＝ａ１・Ｐ・Ｎ （１．２） 燃料系： 排ガス流動遅れ Ｌ（Ｇae／Ｇfe）＝ｅ-T・S （３） ここで、Ｇａ：空気量、Ｐ：吸入負圧、Ｎ：エンジンの
回転数、Ｖ：吸気管容積、ａ１、ａ２：エンジンの種類
によって決まる定数、Ｇae：吸入空気量、Ｇf：燃料噴
射量、Ｇｆｅ：吸入燃料の量、Ｍｆ：液膜量、Ｘ：液膜
率、τ：蒸発時定数、Ｔ：排ガス流動の時間遅れ、であ
る。
回転数、Ｖ：吸気管容積、ａ１、ａ２：エンジンの種類
によって決まる定数、Ｇae：吸入空気量、Ｇf：燃料噴
射量、Ｇｆｅ：吸入燃料の量、Ｍｆ：液膜量、Ｘ：液膜
率、τ：蒸発時定数、Ｔ：排ガス流動の時間遅れ、であ
る。
また、式(3)は、Ｇfeに対するＧaeの関係をラプラス変
換したもので、その変換後の関数はむだ時間ｅ-T・Sに等
しいとしているものである。ここで、Ｓはラプラス演算
子を示している。
換したもので、その変換後の関数はむだ時間ｅ-T・Sに等
しいとしているものである。ここで、Ｓはラプラス演算
子を示している。
（１．１）式を離散式で書けば次式になる。離散時間と
するために、ここではサンプリング周期を燃料噴射間隔
とする。つまり、サンプリング周期＝Δｔ(k)とする。
するために、ここではサンプリング周期を燃料噴射間隔
とする。つまり、サンプリング周期＝Δｔ(k)とする。
ここで、Ｐ(o)＝Ｐｏ、Ｐｏ：１気圧とする。
なお、この演算は、第２図に示した吸入負圧演算部３４
で行われる。
で行われる。
これより式（１．２）を基に吸入空気量の推定値 が として得られる。この演算は、第２図に示した吸入空気
量推定部２３により行われる。吸入負圧が検出できると
きは式（４．２）より を得る。
量推定部２３により行われる。吸入負圧が検出できると
きは式（４．２）より を得る。
目標の空燃比ＡＦｒ(k)と式（４．２）より目標とする
吸入燃料の目標量が、第２図の吸入燃料演算部３８で、
次のように得られる。
吸入燃料の目標量が、第２図の吸入燃料演算部３８で、
次のように得られる。
ここで、Ｇrfe(k)は、ｋ時刻における吸入燃料の目標値
である。この目標吸入燃料を達成するように燃料噴射量
Ｇf(k)を決定しなければならない。燃料噴射系の動特性
は式（２．１）、（２．２）のように示されるが、液膜
率Ｘが大気圧等に、蒸発時定数τがエンジン温度等に影
響されるため液膜の状態を簡単に検知することは困難で
ある。また、排気管の排ガス流動遅れがあるため、吸入
燃料Ｇfeの観測が遅れるという問題もある。
である。この目標吸入燃料を達成するように燃料噴射量
Ｇf(k)を決定しなければならない。燃料噴射系の動特性
は式（２．１）、（２．２）のように示されるが、液膜
率Ｘが大気圧等に、蒸発時定数τがエンジン温度等に影
響されるため液膜の状態を簡単に検知することは困難で
ある。また、排気管の排ガス流動遅れがあるため、吸入
燃料Ｇfeの観測が遅れるという問題もある。
本実施例では、これらの問題を次のようにして解決す
る。
る。
そのために、まず、２個のモデルを設定する。
第１のモデルは後述の式（６）で表現されるモデルで、
さらに具体的には、式（６）中の未知パラメータＡ１，
Ｂ１，Ｂ２を推定するための推定モデルである。式
（６）は推定を容易にするため、入力を燃料噴射量
Ｇｆ，出力を観測燃料量 とした入出力表現による推定モデルで、その係数である
未知パラメータＡ１，Ｂ１，Ｂ２は後述の式（８）によ
り表わされる。
さらに具体的には、式（６）中の未知パラメータＡ１，
Ｂ１，Ｂ２を推定するための推定モデルである。式
（６）は推定を容易にするため、入力を燃料噴射量
Ｇｆ，出力を観測燃料量 とした入出力表現による推定モデルで、その係数である
未知パラメータＡ１，Ｂ１，Ｂ２は後述の式（８）によ
り表わされる。
これら未知パラメータは後述の式（１０）〜（１２）を
用いて推定される。
用いて推定される。
第２のモデルは後述の式（１３）で表現されるモデル
で、さらに具体的には、「操作量（燃料噴射量）Ｇｆを
決定する」という制御をおこなうための制御モデルであ
る。このモデルは式（６）の推定モデルのようにむだ時
間ｄを考慮していないが、これは後述のようにむだ時間
ｄの間におけるパラメータの変化が十分に小さいと仮定
した一実施例であり、むだ時間ｄを考慮した制御モデル
にしてもかまわない。
で、さらに具体的には、「操作量（燃料噴射量）Ｇｆを
決定する」という制御をおこなうための制御モデルであ
る。このモデルは式（６）の推定モデルのようにむだ時
間ｄを考慮していないが、これは後述のようにむだ時間
ｄの間におけるパラメータの変化が十分に小さいと仮定
した一実施例であり、むだ時間ｄを考慮した制御モデル
にしてもかまわない。
以下、これらのモデルを用いて観測遅れの問題を解決す
る方法について詳述する。
る方法について詳述する。
燃料系の動特性と排ガスの流動遅れを考慮するとエンジ
ン燃料系のパルス伝達関数のブロック図は第３図のよう
になる。また、その伝達関数は、未知パラメータを含む
次の差分方程式に書ける。
ン燃料系のパルス伝達関数のブロック図は第３図のよう
になる。また、その伝達関数は、未知パラメータを含む
次の差分方程式に書ける。
ここで、 ここで、ＡＦ(k)はｋ時刻で観測した空燃比である。
はｋ−ｄ時刻で式（４．２）より得た推定吸入空気量で
ある。ｋ時刻における吸入燃料Ｇfe(k)は直接観測でき
ないので得られたＡＦ(k)と から式（７）より求め、これを とする。この演算は、演算部３７で行われる。また、離
散時間遅れｄは Ｔ(k)＝Δｔ(k)×ｄ （９） となるものである。ただし、Ｔ(k)は空気量と回転数等
から計算されているものとする。τ′(k)はτ′(k)＝τ
／Δｔ(k)とする。
ある。ｋ時刻における吸入燃料Ｇfe(k)は直接観測でき
ないので得られたＡＦ(k)と から式（７）より求め、これを とする。この演算は、演算部３７で行われる。また、離
散時間遅れｄは Ｔ(k)＝Δｔ(k)×ｄ （９） となるものである。ただし、Ｔ(k)は空気量と回転数等
から計算されているものとする。τ′(k)はτ′(k)＝τ
／Δｔ(k)とする。
なお、第３図中、Ｚは燃料系の出力のサンプリング時点
の値を求めるためのＺ変換を意味している。
の値を求めるためのＺ変換を意味している。
式（６）は、燃料噴射量Ｇfを入力として観測燃料 を出力する差分方程式であり、未知パラメータＡ１、Ｂ
１、Ｂ２を含む。この未知パラメータＡ１、Ｂ１、Ｂ２
を推定する方程式として、例えば逐次最小二乗法を用い
て次のように求める。
１、Ｂ２を含む。この未知パラメータＡ１、Ｂ１、Ｂ２
を推定する方程式として、例えば逐次最小二乗法を用い
て次のように求める。
ただし、０＜λ１≦１、０≦λ２＜２である。
この演算は、第２図に示したエンジン燃料特性同定部３
１により行われる。
１により行われる。
一方、推定されたパラメータを基に時刻ｋの燃料噴射量
を がＧrfe(k)となるように決めなければならないが、観測
は時間ｄだけ遅れてしまう。通常、適応制御則などで遅
れがあるときは、規範モデルの未来値を作成し、その値
を追従するように現在の制御を行う方式を採用してい
る。しかしエンジン制御では、未来の目標値(吸入燃料
の目標値Ｇrfe)は、未来のエンジン回転数や吸入負圧で
決定される（さらに、未来のエンジン回転数、吸入負圧
もアクセルの動きや負荷などの要因で決まる）ので未来
の目標値をあらかじめ設定しておくことはできない。そ
こで、遅れ時間ｄの間での大気圧やエンジン温度の変化
が緩慢であるためパラメータの変化が十分小さいことに
着目して、制御を行うための式を次のように置く。
を がＧrfe(k)となるように決めなければならないが、観測
は時間ｄだけ遅れてしまう。通常、適応制御則などで遅
れがあるときは、規範モデルの未来値を作成し、その値
を追従するように現在の制御を行う方式を採用してい
る。しかしエンジン制御では、未来の目標値(吸入燃料
の目標値Ｇrfe)は、未来のエンジン回転数や吸入負圧で
決定される（さらに、未来のエンジン回転数、吸入負圧
もアクセルの動きや負荷などの要因で決まる）ので未来
の目標値をあらかじめ設定しておくことはできない。そ
こで、遅れ時間ｄの間での大気圧やエンジン温度の変化
が緩慢であるためパラメータの変化が十分小さいことに
着目して、制御を行うための式を次のように置く。
これは、式（６）の離散的時間遅れｄを取り除いた式で
ある。すなわち、式（６）の出力 が観測値より得たものであるのに対し、式（１３）の出
力 はエンジンに時刻ｋで送り込まれると考えられる推定燃
料値である。
ある。すなわち、式（６）の出力 が観測値より得たものであるのに対し、式（１３）の出
力 はエンジンに時刻ｋで送り込まれると考えられる推定燃
料値である。
時刻ｋの吸入燃料の目標値が式（５）より得られるか
ら、時刻ｋにおける制御指標を簡単のため、例えば、 とする。これから次のような操作量（燃料噴射量）Ｇf
(k)が第２図に示した燃料噴射制御部３３により得られ
る。
ら、時刻ｋにおける制御指標を簡単のため、例えば、 とする。これから次のような操作量（燃料噴射量）Ｇf
(k)が第２図に示した燃料噴射制御部３３により得られ
る。
ここで、 は、式（３）のｋ−１時刻で得られているものである。
このように外気圧変化やエンジン温度等の変化によって
変化する燃料系の動特性を同定し、それを基に燃料制御
することによりエンジンに実際に吸入される空気と燃料
の比を目標値に達成することができるので、燃料の不完
全燃焼成分を減少させることができる。このことは、厳
しい排ガス規制にも適合することとなり、さらに、トル
ク出力の増加、燃費の減少をも実現することになる。
変化する燃料系の動特性を同定し、それを基に燃料制御
することによりエンジンに実際に吸入される空気と燃料
の比を目標値に達成することができるので、燃料の不完
全燃焼成分を減少させることができる。このことは、厳
しい排ガス規制にも適合することとなり、さらに、トル
ク出力の増加、燃費の減少をも実現することになる。
以上説明したように、本発明によれば、燃料系の動特性
の変化、および排気管内の排ガスの流動遅れに対応し
て、エンジンに吸入される空気量と燃料との比を目標値
に達成することができる。
の変化、および排気管内の排ガスの流動遅れに対応し
て、エンジンに吸入される空気量と燃料との比を目標値
に達成することができる。
第１図は本発明の一実施例によるエンジンの燃料制御装
置の構成を示すブロック図、第２図は第１図のコンピュ
ータの機能を説明するための図、第３図は離散時間表現
した燃料系のブロック図である。 ３：コンピュータ、３１：エンジン燃料特性同定部、３
２：吸入空気量推定部、３３：燃料噴射制御部。
置の構成を示すブロック図、第２図は第１図のコンピュ
ータの機能を説明するための図、第３図は離散時間表現
した燃料系のブロック図である。 ３：コンピュータ、３１：エンジン燃料特性同定部、３
２：吸入空気量推定部、３３：燃料噴射制御部。
フロントページの続き (72)発明者 徳田 博厚 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所佐和工場内 (72)発明者 船橋 誠寿 神奈川県川崎市麻生区王禅寺1099番地 株 式会社日立製作所システム開発研究所内 (72)発明者 大成 幹彦 神奈川県川崎市麻生区王禅寺1099番地 株 式会社日立製作所システム開発研究所内 (56)参考文献 特開 昭56−14836（ＪＰ，Ａ)
Claims (6)
- 【請求項１】エンジンの気筒に吸入される空気量と気筒
に吸入される燃料量との比である空燃比を検出する空燃
比センサによる実測空燃比ＡＦと、空気量計測手段によ
り計測される実測吸入空気量Ｇaと、エンジン回転数計
測手段より計測されるエンジン回転数Ｎとにより、エン
ジンの気筒に吸入される空燃比が目標値となるよう燃料
噴射量Ｇfを制御するエンジン制御方法において、 (a)前記エンジン回転数Ｎと実測吸入空気量Ｇaとによ
り、吸入負圧 を求め、 (b)該吸入負圧 とエンジン回転数Ｎとから、気筒へ吸入される気筒吸入
空気量 を求め、 (c)前記エンジン回転数Ｎと、前記吸入負圧 とから空燃比目標値ＡＦｒを求め、 (d)該空燃比目標値ＡＦｒと前記気筒吸入空気量 とから気筒に吸入されるべき目標燃料量 を求め、 (e)前記気筒吸入空気量 と前記実測空燃比ＡＦとから、気筒に吸入される気筒吸
入燃料量 を求め、 (f)前記気筒吸入空気量 と過去に操作した燃料噴射量Ｇfとから現時刻ｋと遅れ
時間ｄにたいして表現され差分方程式 における、係数Ａ1，Ｂ1，Ｂ2を係数ベクトルθとして
求め、 (g)前記目標燃料量 と過去に操作した燃料噴射量Ｇfと前記係数ベクトルθ
とから現時刻ｋにおいて噴射すべき燃料量Ｇf(k)を求
め、 (h)求められた燃料量Ｇf(k)を噴射するように制御する
エンジンの燃料制御方法。 - 【請求項２】前記吸入負圧 は次の関係式にもとづき求められる特許請求の範囲第１
項のエンジンの燃料制御方法。 （ａ1，ａ2は係数） - 【請求項３】前記吸入空気量は次式にもとづき求められ
る特許請求の範囲第１項のエンジンの燃料制御方法。 （ａ1は係数） - 【請求項４】前記目標燃料量 は次式にもとづき求められる特許請求の範囲第１項のエ
ンジンの燃料制御方法。 - 【請求項５】前記吸入燃料量 は次式にもとづき求められる特許請求の範囲第１項のエ
ンジンの燃料制御方法。 - 【請求項６】前記噴射すべき燃料量Ｇf(k)は次式にもと
づき求められる特許請求の範囲第１項のエンジンの燃料
制御方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58144620A JPH0650074B2 (ja) | 1983-08-08 | 1983-08-08 | エンジンの燃料制御方法 |
| DE8484109309T DE3481329D1 (de) | 1983-08-08 | 1984-08-06 | Verfahren um kraftstoffeinspritzung in einen motor zu steuern. |
| EP84109309A EP0134547B1 (en) | 1983-08-08 | 1984-08-06 | Method of fuel injection control in engine |
| US06/861,996 US4792905A (en) | 1983-08-08 | 1986-05-12 | Method of fuel injection control in engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58144620A JPH0650074B2 (ja) | 1983-08-08 | 1983-08-08 | エンジンの燃料制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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