JPH07111149B2 - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、燃料噴射式内燃機関
の燃料噴射制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の内燃機関の燃料噴射制御装置とし
ては、例えば特開昭６０−１６９６４７号公報に見られ
るように、機関が所定クランク角度回転する毎に吸入空
気量もしくは吸気管内圧力を検出して、その今回の検出
値と少なくとも前回の検出値とを用いて、今回の燃料噴
射量算出値に基づいて噴射される燃料が燃焼室に到達す
る時点での吸入空気量もしくは吸気管内圧力を予測し、
その予測値を用いて噴射燃料量を算出し、その算出した
燃料量に応じて実際の燃料噴射を行う装置がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の内燃
機関の燃料噴射制御装置にあっては、機関が所定クラン
ク角度（４気筒機関では１８０°ＣＡ，６気筒機関では
１２０°ＣＡ）回転する毎の吸入空気量あるいは吸気管
内圧力のみの情報を用いて、マクローリン展開等の多項
式からの近似式（下記の式）により、今回の算出に基
づいて噴射される燃料が燃焼室に到達する時点での吸入
空気量あるいは吸気管内圧力ｆ（ｘ＋ｈ）を予測してい
た。

【０００４】 ｆ（ｘ＋ｈ）＝２．５ｆ（ｘ）−２ｆ（ｘ−ｈ）＋０．５ｆ（ｘ−２ｈ）… 上式中ｆ（ｘ），ｆ（ｘ−ｈ），ｆ（ｘ−２ｈ）は、そ
れぞれ今回、前回、及び前々回の吸入空気量あるいは吸
気管内圧力である。しかしながら、このような予測計算
によると、ある特定の条件下でしか予測結果が真値に一
致しないため、充分に補正することは困難であり、運転
性の悪化およびエミッションの悪化を招くという問題点
があった。

【０００５】例えば、スロットル開度が図５（ａ）に示
すようにある時点ではＴＨ０からＴＨ１に変化した場
合、実際の吸気管内圧力は遅れ系の特性を示して同図
（ｂ）に実線で示すように変化するのに対し、その予測
値は破線で示すようになり、初めは小さすぎ、Ｅ点では
大きくなり過ぎてしまう。これは元々式（予測式）は
ｈが小さい所で成立するものであり、過渡時の吸気管内
圧力のように、ｈ＝１８０°ＣＡ（又は１２０°ＣＡ）
対して速い応答を示すものに適用するのは無理がある。

【０００６】そのため、特に加速時における１回目及び
２回目の燃料噴射量が要求値に対して大きくずれること
になるが、加速時にはこの１回目及び２回目の燃料噴射
量が重用であり、特にリーンエンジンでは失火限界を越
えないようにすることが必要であるので、このような従
来の燃料噴射制御装置では対処できなかった。この発明
は、このような従来の問題点を解決することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そのため、本発明は、燃
料の噴射から機関の燃焼室に噴射燃料が到達するまでに
所定の遅れが生じる内燃機関の燃料噴射制御装置におい
て、機関の吸入空気量あるいは吸入管内圧力を検出する
第１の検出手段と、機関のスロットル開度あるいはアク
セル操作量を検出する第２の検出手段と、スロットル開
度あるいはアクセル操作量から吸入空気量あるいは吸入
管内圧力への伝達特性に基づいて、スロットル開度ある
いはアクセル操作量と吸入空気量あるいは吸気管内圧力
の検出値とから吸入空気量あるいは吸気管内圧力の挙動
を表す状態量を算出する状態量算出手段と、算出された
状態量と前記伝達特性及びスロットル開度あるいはアク
セル操作量の検出値を用いて、噴射燃料が機関の燃焼室
に到達する時点における吸入空気量あるいは吸気管内圧
力の予測値を算出する予測値算出手段と、算出された予
測値を用いて噴射燃料量を算出する噴射燃料量算出手段
と、算出された噴射燃料量を機関の吸気管内に噴射する
燃料噴射手段と、を備える構成とした。

【０００８】

【作用】この燃料噴射制御装置にあっては、吸入空気量
あるいは吸気管内圧力の変化が生じる要因であるスロッ
トル開度あるいはアクセル操作量の情報を用いて、吸入
空気量あるいは吸気管内圧力の挙動を表わす状態量が算
出される。即ち、スロットル開度あるいはアクセル操作
量から吸入空気量あるいは吸気管内圧力への伝達特性に
基づいて、吸入空気量あるいは吸気管内圧力の挙動を表
す状態量が算出される。

【０００９】そして、算出された状態量と前記伝達特性
及び第２の検出手段により検出された機関のスロットル
開度あるいはアクセル操作量を用いて、噴射燃料が機関
の燃焼室に到達する時点における吸入空気量あるいは吸
気管内圧力の予測値が算出される。そして、該予測値を
用いて噴射燃料量が算出される。

【００１０】従って、常に吸入空気量あるいは吸気管内
圧力の挙動を正確に把握して、燃料が燃焼室へ入る時点
での吸入空気量あるいは吸気管内圧力の値を適切に算出
することが可能となり、もって噴射燃料が燃焼室に入る
時点での混合比を適切にする燃料量が算出されるように
燃料噴射が制御される。

【００１１】

【実施例】以下、この発明の実施例を図２以降によって
詳細に説明する。図２は、この発明を適用した電子制御
燃料噴射式内燃機関を概略的に示している。同図におい
て、１０は吸気管，１２は吸気管内圧力を検出する圧力
センサ，１４は２°，１８０°毎のクランク角度を検出
する角度センサを内蔵するデイストリビュータ，１６ａ
〜１６ｄは燃料を噴射するインジェクタ，１８はマイク
ロコンピュータを内蔵する電子制御ユニット，２０は点
火用高電圧を発生するイグナイタ，２２は吸気温セン
サ，２４はスロットル弁，２６はスロットル弁の開度を
検出するスロットルセンサ，２８は水温センサ，３０は
酸素濃度センサである。

【００１２】電子制御ユニット１８には、上記各センサ
からの検出信号が入力されると共に、スタータ信号（Ｓ
ＴＡＲＴ），エアコン信号（Ａ／Ｃ），車速信号（ＶＳ
Ｐ），およびバッテリ電圧（ＶＢ）等も入力されてい
て、吸気管内圧力センサ１２からの信号ＰＭおよびデイ
ストリビュータ１４内の角度センサからの２°と１８０
°のクランク角度信号を用いて燃料噴射パルス幅を算出
し、そのパルス幅に相当するパルス幅を有する駆動信号
ＦＩがインジェクタ１６ａ〜１６ｄに個別に出力され
る。

【００１３】この電子制御ユニット１８のマイクロコン
ピュータは、アナログの入力信号を２進信号に変換する
Ａ／Ｄ変換器１８ａ，入出力ポート（Ｉ／Ｏ）１８ｂ，
ＣＰＵ１８ｃ，ＲＡＭ１８ｄ，ＲＯＭ１８ｅ，イグニッ
ション・スイッチをオフにした後も情報の保持を行うバ
ックアップＲＡＭ１８ｆ等を備えており、これらはバス
１８ｇによって接続されている。

【００１４】また、デイストリビュータ１４内の角度セ
ンサからのクランク角２°あるいは１８０°信号から回
転速度ＮＥを算出し、ＲＡＭ１８ｄに記憶する。なお、
この発明による燃料噴射制御を行なうための図１に示し
た各手段、すなわち、前述の吸入空気量あるいは吸気管
内圧力の挙動を表す状態量を算出する状態量算出手段、
噴射燃料が機関の燃焼室に到達する時点における吸入空
気量あるいは吸気管内圧力の予測値を算出する予測値算
出手段及び噴射燃料量を算出（各種補正を含む）する噴
射燃料量算出手段は、いずれも電子制御ユニット１８内
のマイクロコンピュータによって実行される。

【００１５】次に、本発明に係る各手段を実行するため
のマイクロコンピュータの動作を、図３および図４のフ
ローチャートによって説明する。図３と図４は異なる実
施例を示すフローチャートであるが、いずれもクランク
角度１８０°毎に行なわれる１８０°ＣＡ割込ルーチン
（ａ）と、吸気管内圧力の挙動を表わすのに十分な速
さ、例えば数ｍｓ等の僅かな所定時間毎に行われる定時
間割込ルーチン（ｂ）からなっている。以後の説明で
は、この定時間割込ルーチンの行われる計算周期をｔｓ
として示す。

【００１６】まず、図３（ａ）の１８０°ＣＡ割込ルー
チンでは、ステップ１で後述の予測値ＰＭＰＲを読み出
し、ステップ２でこの予測値ＰＭＰＲとエンジン回転速
度ＮＥとから基本パルス幅ＴＰを周知の方法、例えばＴ
Ｐ＝ｇ（ＮＥ，ＰＭＰＲ）のテーブルを用いる方法等に
よって求め、ステップ３で冷却水温センサ２８，吸気温
センサ２２，酸素濃度センサ３０等からの検出信号およ
びバッテリ電圧ＶＢによる補正を行って最終的な噴射パ
ルス幅を求め、Ｉ／Ｏ１８ｂを通して駆動信号ＦＩをイ
ンジェクタ１６ａ〜１６ｄにそれぞれ個別に出力する。
これが噴射燃料量算出手段に相当する。

【００１７】また、図３（ｂ）の定時間割込ルーチンで
は、ステップ４でスロットル開度センサ２６と圧力セン
サ１２からの信号をＡ／Ｄ変換して、スロットル開度Ｔ
Ｈと吸気管内圧力ＰＭを読み込み、予め設定されている
各基準値ＴＨｉ，ＰＭｉとの差ΔＴＨ，ΔＰＭを計算
し、これらの値ＴＨ，ＰＭ，ΔＴＨ，ΔＰＭをＲＡＭ１
８ｄに記憶する。

【００１８】ステップ５では、吸気管内圧力の挙動を表
す状態量の算出を行う。すなわち、前回の当該ルーチン
で算出して記憶しておいた状態量Φと、今回ステップ４
で算出して記憶したスロットル開度及び吸気管内圧力の
基準値からの各変化量ΔＴＨ、ΔＰＭの値を用い、スロ
ットル開度から吸気管内圧力への伝達特性に基づいて、
現時点からｔｓ時間後の状態量Φの計算を行い、計算後
はその算出したΦを次回使用する状態量としてＲＡＭ１
８ｄに記憶する。このようにステップ５ではｔｓ時間後
（当該ルーチンの１計算周期後）の状態量を算出してい
ているので、前回の当該ルーチンで算出した状態量が現
時点における吸気管内圧力に対応する値となる。そし
て、これが状態量算出手段に相当する。

【００１９】そして、ステップ６では燃料が噴射されて
から燃焼室に入るまでの時間ｔｌと、現時点の状態量Φ
およびステップ４で算出して記憶したスロットル開度の
基準値からの変化量ΔＴＨとから、燃料が燃料室に入る
時点、すなわち現時点よりｔｌ先の時点における吸気管
内圧力ＰＭＰＲの予測値を算出し、その値をＲＡＭ１８
ｄに記憶する。これが予測値算出手段の一部に相当す
る。

【００２０】次にこの状態量の算出手段と予測値の算出
手段について述べる。まず、スロットル弁２４が動いた
ときの吸気管内圧力の挙動を表すスロットル開度から吸
気管内圧力への伝達特性を、次式の線形ＡＲＭＡモデル
によって表現する。

【００２１】

【数１】

【００２２】ここに、Ａ，Ｂ，Ｃは機関の特性に応じて
予め定めることができる定数行列、ωは内部状態変数で
あり、ｋは時刻ｋでの値であることを示し、（ｋ＋１）
はｋの次の時刻の値であるこを示している。またΔＴ
Ｈ，ΔＰＭはそれぞれ前述したように予め設定したある
基準値からのスロットル開度および吸気管内圧力の変化
分を表す。

【００２３】このとき、次の式により前述の内部状態ω
の算出値である状態量Φ（ｋ＋１）を求める。 Φ（ｋ＋１）＝（Ａ−Ｆ・Ｃ）・Φ（ｋ） ＋Ｂ・ΔＴＨ（ｋ）＋Ｆ・ΔＰＭ（ｋ） … ここで、Φ（ｋ）は現時点での状態量であり、Φ（ｋ＋
１）はｔｓ時間後の状態量である。またＦは推定ゲイン
を示す定数行列であり、（Ａ−Ｆ・Ｃ）の固有値が単位
円の内部にある（安定ということ）ように定める。

【００２４】特に、（Ａ−Ｆ・Ｃ）の固有値が全くゼロ
になるようにＦを選ぶと、推定は速く整定して推定性能
が向上する。式による推定は、Φの初期値が実際の内
部状態ωの初期値と異なっても、推定ゲイル行列Ｆによ
り実際の吸気管内圧値の修正機能が働くためにΦはωに
近づいて行き、ωの値を推定できる。

【００２５】前述のω，Φはスロットル開度から吸気管
内圧力への伝達特性を表すのに必要最小個数の要素をも
つベクトルである。即ち、前述の式により状態量Φ
（ｋ＋１）を求めていることが、本発明に係る状態量算
出手段に相当する。次に、現時点の状態量Φを用いて、
燃料が燃焼室に入る時点での吸気管内圧力を予測する方
法について述べる。

【００２６】燃料が噴射されてから燃焼室に入る時点ま
での時間をｔｌとすると、一般にこのｔｌは所定のクラ
ンク角度幅で表されるため、エンジン回転速度ＮＥの関
数で表される。また、図３（ｂ）の定時間割込ルーチン
の行われる計算周期を前述のようにｔｓで示す。そし
て、次の式により燃料が燃焼室に入る時点での吸気管内
圧力ＰＭＰＲを予測計算する。

【００２７】 ｍ＝〔ｔｌ／ｔｓ＋０．５〕，ｖ（１）＝Φ（ｋ） ｖ（ｉ＋１）＝Ａ・ｖ（ｉ）＋Ｂ・ΔＴＨ（ｋ）（ｉ＝１，２…，ｍ） ＰＭＰＲ（ｋ）＝Ｃ・ｖ（ｍ＋１）＋ＰＭｉ … ここに、〔ｔｌ／ｔｓ＋０．５〕はｔｌ／ｔｓ＋０．５
を越えない整数を表す。

【００２８】したがって、ｍは予測すべき時間ｔｌを計
算周期ｔｓで分割した時の個数を示している。ＰＭｉは
式で用いた吸気管内圧力の基準値を示す。この式に
よる予測は、式で示された特性の吸気管内圧力のｔｌ
後の値をｍｔｓ後の値であるＰＭＰＲ（ｋ）で近似する
ものである。なお、この発明の方法では式による算出
値である状態量Φを用いるために、現時点の吸気管内圧
力の値を用いることで過去の吸気管内圧力の値を間接的
に用いて、吸気管内圧力の挙動を表す状態量を正確に推
定することが出来るため、予測値ＰＭＰＲが正確であ
る。

【００２９】次に、燃料噴射制御に係りマイクロコンピ
ュータにより実行される他の実施例に係るフローチャー
トを説明する。図４（ａ）（ｂ）のフローチャートで
は、予測値ＰＭＰＲの計算を実際に必要な（ａ）の１８
０°ＣＡ割込ルーチンで行うようにしている。すなわ
ち、図４（ｂ）の定時間割込ルーチンでは、ステップ１
５でスロットル開度ＴＨおよび吸気管内圧力ＰＭを読み
込んで、その各基準値との差ΔＴＨ，ΔＰＭを求めて記
憶し、ステップ１６で状態量Φを算出してＲＡＭ１８ｄ
に記憶する。

【００３０】一方、図４（ａ）の１８０°ＣＡ割込ルー
チンでは、ステップ１１で状態量Φの読出しを行い、ス
テップ１２でＰＭＰＲの予測計算を行う。ステップ１
３，１４は図３（ａ）のステップ２，３と同じである。
このようなフローにすると、定時間割込ルーチンを短く
することができるためＣＰＵの使用時間を短縮すること
ができる。

【００３１】ここで、このようにすることによる効果を
図５によって説明する。加速時における図５（ａ）のよ
うなスロットル開度変化に対し、同図（ｂ）に実線で示
されるような実際の吸気管内圧力の応答を、スロットル
開度から吸気管内圧力への伝達特性により算出すること
により把握できるため、同図に一点鎖線で示すように実
際値を時間ｔｌだけ進めた応答を予測することができ
る。

【００３２】即ち、例えばＢ点の吸気管内圧力を、燃料
が噴射されてから燃焼室に入るまでの時間ｔｌだけ前の
Ｄ点において、正確に予測することが可能となる。な
お、この時間ｔｌは、燃料噴射時間が一定であっても機
関回転数によって変化するが、燃料噴射時期を変化させ
ることによって必要最少限の時間にすることができ、そ
れによって上記予測値の計算が一層容易になるため予測
精度が高くなる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
る内燃機関の燃料噴射制御装置は、吸入空気量あるいは
吸入管内圧力の変化が生じる要因であるスロットル開度
あるいはアクセル操作量の情報を用いて、吸入空気量あ
るいは吸気管内圧力の挙動を表す状態量を算出し、その
算出した状態量を用いて、噴射された燃料が燃焼室に到
達する時点での吸入空気量あるいは吸気管内圧力の予測
値を算出し、その予測値を用いて燃料噴射量を算出する
ようにしたので、常に吸入空気量あるいは吸気管内圧力
の挙動を正確に把握して燃料が燃焼室へ入る時点での吸
入空気量あるいは吸気管内圧力の値を精度よく予測でき
る。

【００３４】もって、加速時等における安定性に大きく
寄与する、加速時等における１回目及び２回目の燃料噴
射量が要求値と合致するようになり、機関の過渡性能を
向上させることが可能となるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置の
クレーム対応図

【図２】 本発明を適用した電子制御燃料噴射式内燃機
関を概略的に示すシステム構成図

【図３】 図２の電子制御ユニット１８内のマイクロコ
ンピュータが実行する本発明の制御内容を説明するフロ
ーチャート

【図４】 図２の電子制御ユニット１８内のマイクロコ
ンピュータが実行する本発明の異なる例の制御内容を説
明するフローチャート

【図５】 本発明と従来例の作用を比較して示す線図

【符号の説明】

１０ 吸入管 １２ 圧力センサ １４ ディストリビュータ １６ａ〜１６ｄ インジェクタ １８ マイクロコンピュータを内蔵する電子制御ユニッ
ト ２０ イグナイタ ２２ 吸気温センサ ２４ スロットル弁 ２６ スロットルセンサ ２８ 水温センサ ３０ 酸素センサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料の噴射から機関の燃焼室に噴射燃料が
   到達するまでに所定の遅れが生じる内燃機関の燃料噴射
   制御装置において、 機関の吸入空気量あるいは吸入管内圧力を検出する第１
   の検出手段と、 機関のスロットル開度あるいはアクセル操作量を検出す
   る第２の検出手段と、 スロットル開度あるいはアクセル操作量から吸入空気量
   あるいは吸入管内圧力への伝達特性に基づいて、スロッ
   トル開度あるいはアクセル操作量と吸入空気量あるいは
   吸気管内圧力の検出値とから吸入空気量あるいは吸気管
   内圧力の挙動を表す状態量を算出する状態量算出手段
   と、 算出された状態量と前記伝達特性及びスロットル開度あ
   るいはアクセル操作量の検出値を用いて、噴射燃料が機
   関の燃焼室に到達する時点における吸入空気量あるいは
   吸気管内圧力の予測値を算出する予測値算出手段と、 算出された予測値を用いて噴射燃料量を算出する噴射燃
   料量算出手段と、 算出された噴射燃料量を機関の吸気管内に噴射する燃料
   噴射手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の燃料
   噴射制御装置。