JPS6045752A - 内燃機関の燃料制御装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は内燃機関の燃料制御装置に関し、特に空気系お
よび燃料系の動特性に起因する吸入空気量と燃料゛供給
量との不均衡を補正する技術に関する。

〔先行技術〕

従来の燃料制御装置としては、例えば第１図に示すごと
きものがある（特開昭５３−１０２４１６、同５５−３
５１６５、同５５−１３４７１８等）。

第１図において、１はエアクリーナ、２は吸気管、６は
スロットル弁、４は吸気管２を通過する空気量に対応し
た空気量信号Ｓ１を出力するエアフローメータ、５は後
述の燃料噴射量信号Ｓ３に応じた量の燃料を噴射する燃
料噴射弁、６はシリンダ、７はクランク軸の回転に同期
した回転信号Ｓ２を出力する回転センサ、８は主として
空気量信号Ｓ１と回転信号Ｓ２かもそのときの運転状態
に対応した燃料噴射量を算出し、その結果に応じた燃料
噴射量信号Ｓ３を出力する演算装置であり、例えばＣＰ
Ｕ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、Ｉｌｏ等からなるマイクロコンピ
ュータで構成されている。

上記の装置における燃料噴射量の演算は次のようにして
行なわれる。

すなわちエアフローメータ４で計測した空気量信号Ｓ１
によって得られる吸入空気量をＱ、回転信号Ｓ２から得
られる内燃機関の回転速度をＮ、係数をＫとした場合に
、燃料噴射量（燃料噴射パルス幅）Ｔ、は下記（１）式
によって算出される。

Ｔ−１（−ｇ−・・・・　（１） １）　Ｎ 上記（１）式に示すように、燃料噴射量は主として吸入
空気量と回転速度とに応じて設定され、それに温度や排
気ガス成分濃度等による補正を付加したものが実際の燃
料噴射量となる。

しかし従来の装置においては、エアフローメータの空気
量信号Ｓ１をそのまま吸入空気量を示す信号として用い
、また噴射した燃料は時間遅れなしに全てシリンダに吸
入されるものとして制御している。

すなわち従来の装置においては、空気量はエアフローメ
ータの測定値そのものであり、燃料量は吸気管に噴射す
る燃料であって実際にシリンダに吸入される空気量や燃
料量について制御しているものではなかった。

そのため定常状態では正確な制御が可能であるが、過渡
状態時には空気系と燃料系の動特性に起因する誤差が生
じ、そのだめ空燃比が目標値からずれてし咬い、燃費性
能、排気浄化性能、運転性能等に悪影響を及ぼすという
問題があった。

上記の問題を解決するため本出願人は、予め測定して記
憶しておいた空気系の動特性とエアフローメータの空気
量信号Ｓ１からシリンダにおける実際の吸入空気量を演
算で算出し、その値から内燃機関の要求燃料量を算出し
、さらに燃料系の動特性と上記の要求燃料量から実際に
供給すべき燃料量を算出することにより、動特性に起因
する誤差を補正することの出来る燃料制御装置を既に出
願（特願昭５８−１６１５０号）している。

上記の装置は、燃料制御系の動特性に起因する誤差を有
効に補正することが出来る優れた装置である。

しかし上記の装置においては、動特性モテルの形（演算
式の形や係数等）が一定であるだめ、機関の運転条件、
例えば気温、機関温度、大気圧等が変化した場合に、動
特性モデルが実際の燃料制御系の挙動と異なってし甘い
、十分な制御性能が得られなくなってしまうという問題
がある。

以下第２図に基づいて詳細に説明する。

第２図は、内燃機関における吸入空気量と燃料量との変
化を示す図である。

第２図において、（Ａ）はエアフローメータの出力、（
Ｂ）の実線ｂ１はシリンダに吸入される空気量破線１〕
２と一点鎖線ｂ３とはシリンダに吸入される燃料量、（
Ｃ）は動特性を考慮した燃料噴射量、（Ｄ）は（Ｃ）の
場合のシリンダ内における吸入空気量（実線Ｃ１）と燃
料量（破線ｄ２と一点鎖線ｄ３）をそれぞれ示す。

まず（Ａ）において、実際にエアフローメータの出力が
ステップ的に変化することは有り得ないが説明を判りや
すくするだめ、時点Ｔ。で（Ａ）に示すごとく急変した
ものとする。

従来装置のごとく、エアフローメータの出力をそのまま
用いて燃料噴射量を設定した場合には、前記のごとき空
気系と燃料系の動特性のため、シリンダ内における吸入
空気量と燃料量は（Ｉ３）に示すようになり、例えば燃
料量が破線ｂ２のように変化した場合には、Ｔｏ、−Ｔ
１間では燃料が過少になって混合気が希薄になり、Ｔ１
−Ｔ２間では燃料が過多になって混合気が過濃になる。

そのため前記のごとく吸気系の動特性を加味し、（Ｃ）
の実線Ｃ１に示すごとく後記（乃式の特性で燃料を噴射
した場合には、（Ｄ）の実線ｄ１と破線ｄ２に示すごと
く吸入空気量と燃料量との不均衡がかなり改善される。

しかし上記の０１は、動特性モデルをｂ２とした場合の
演算結果であるから、運転条件の変化によって実際の動
特性が例えばｂ６のようになった場合もＣ１の特性で燃
料を噴射した場合には、実際の燃料量が（Ｄ）のｄ３に
示すようになジ、混合気が過濃になってしまう。

例えば燃料系の動特性は、燃料の気化の状態によって変
化するが、気化のしやすさは吸気温度によって変化し、
吸気温度が高いほど気化しゃすくなる。

したがって吸気温度が低い場合にｂ２のごとき動特性で
あったものが、吸気温度が高くなるとｂ３のように変化
することがあり得る。

上記のように、実際の動特性が変化した場合に、一定の
動特性モデルを用いて燃料供給量を演算していだのでは
、実際の吸入空気量に適合した燃料を供給することが出
来なくなってしまう。

〔発明の目的〕

本発明は上記の問題を解決するためになされたものであ
り、運転条件（運転環境）が変化した場合にも常に適正
外燃料を供給することの出来る燃料制御装置を提供する
ことを目的とする。

寸だ本発明の他の目的は、運転状態に応じて空燃比の値
を異なった値に制御することの出来る燃料制御装置を提
供することにある。

〔発明の概要〕

上記の目的を達成するだめ本発明においては、運転条件
の変化を検出し、それに応じて動特性モデルの形（演算
式の形や係数等）を変化させるように構成している。

寸だ本発明の他の構成においては、運転状態に応じて動
特性モデルの形を変えてやることにより、その運転状態
に適しだ空燃比に制御するように構成している。

第６図は本発明の全体の構成を示すブロック図である。

第ろ図において、１００は吸入空気量に関連する空気量
信号を出力するセンサであり、例えばエアフローメータ
である。１０１は上記空気量信号とシリンダに実際に吸
入される吸入空気量との間の動特性Ｇａを記憶している
メモｌＪ、１０２は上記の空気量信号と動特性Ｇａとか
ら実際の吸入空気量を算出する演算手段、１０３は吸入
空気量以外の機関運転変数（機関回転速度、温度等）を
検出する１以上のセンサ、１０４は燃料供給手段１０６
（燃料噴射弁等）て送出しだ燃料量と７リングに実際に
吸入される燃料量との間の動特性Ｇｆを記憶しているメ
モリ、１０５はセンサ１０６から与えられる機関運転変
数に関する情報と演算手段１０２から与えられる実際の
吸入空気量とからそのときの内燃機関の要求燃料量を算
出し、その要求燃料量と上記の動特性Ｇｆとから供給す
べき燃料量を算出する演算手段、１０６は演算手段１０
５の演算結果に応じた燃料を供給する燃料供給手段（例
えば燃料噴射弁）である。

また１０７は、燃料制御系の動特性モデルに影響を与え
る運転条件（気温、機関温度、大気圧、ベース空燃比等
）を検出する検出手段、１０８は検出手段１０７の信号
に応じてメモ１Ｊ１０１．１０４　の記憶内容からその
ときの運転条件に対応した動特性モデルを選択する選択
手段である。

上記のごとく、空気系の動特性Ｇａと燃料系の動特性Ｇ
ｆとに応じて供給すべき燃料量を算出しかつ運転条件に
適合した動特性モデルを用いることにより、運転条件が
変化した場合にも常に適正な燃料を供給することが出来
る。

例えば前記第２図において、動特性がｂ３のように変化
した場合は、Ｃ２の特性で燃料を供給すれば、吸入空気
量に適合した燃料を供給することが出来る。

なお空気系と燃料系の動特性モデルＧａ、０丁の両方を
変えても良いが、いずれか一方のみを変えても良い。

また動特性モデルの形を変えることにより、積極的に空
燃比の値を通常時とは異なる値に制御することも出来る
。

すなわち、第６図において、機関の運転状態、例えば急
加速時を検出する検出手段１０９を設け、破線で示すご
とく検出手段１０９の信号に応じて選択手段１０８を動
作させ、異なった動特性Ｇａ、Ｇｆを選択させることに
より、通常時とは異なった空燃比に制御することが出来
る。

例えば、前記第２図において、動特性がｂ３のとき、故
意に０１の特性で燃料を供給すれば、実際にシリンダに
吸入される燃料量はｄ３に示すようになる。したがって
急加速時に通常時より過濃な混合気を供給することが出
来、加速性を向上させることが出来る。また上記とは逆
に、減速時に混合気を希薄にすることも出来る。

〔発明の実施例〕

以下実施例に基づいて本発明の詳細な説明する。

第４図は本発明の一実施例図であり、第１図と同符号は
同一物を示す。

第４図において、９は吸気温度を検出する温度センサで
あり、吸気温信号Ｓ４を出力する。

また演算装置１０は、例えば入出力装置１１、ＣＰＵ１
２、ＲＡＭ　１ろ、Ｒ，０Ｍ１４等からなるマイクロコ
ンピュータで構成されている。

演算装置１０は、空気量信号Ｓ１、回転信号Ｓ２、吸気
温信号Ｓ４及び図示しない冷却水温度信号等の機関運転
変数に関する信号を入力し、所定の演算を行なって燃料
噴射量信号Ｓ３を出力する。

上記燃料噴射量信号Ｓ３で燃料噴射弁５を制御すること
により、機関が要求する燃料を供給する。

次に第５図のフローチャートに基づいて演算装置１０内
の演算について詳細に説明する。

第５図の演算は、機関の回転に同期するが又は定周期で
繰返し行なわれる。

第５図において、まずＰｌで、各種信号Ｓ１．５２Ｓ４
等を読込む。

次にＰ２で、吸気温度とそのときのベース空燃比から、
そのときの運転条件に適合した動特性Ｇａ、Ｇｆを選択
する。なお、この選択方法についての詳細は後述する。

次にＰ口では、Ｐｌで読込んだ空気量信号Ｓ１の値すな
わちＡａ（ｎ−１）とＰ２で選択した動特性Ｇａとから
今回の制御周期における吸入空気量の値Ａｏ（ロ）を演
算する。この演算は次のようにして行なう。ただしｎ−
１は１回前の制御周期における値を示す。

内燃機関の吸気系（エアフローメータ、吸気管等）にお
ける空気系の動特性は、例えば２次のパルス伝達関数 で良く記述することか出来る。

そして上記のＡ　ａ　（ｎ−１）、２回前の値Ａａ（宣
］−２）、吸入空気量の１回前および２回前の値Ａ。（
ｎ−１）、Ａｏ（ｎ−２）と上記（２）式から今回の吸
入空気量の値Ａ。（ｎ）は、下記の（５）式のようにな
る。

Ａｏ（ｎ）　＝ｄ１Ａａ（ｎ−１）　＋　ｅＩＡａ（ｎ
　２）ｂ　１Ａｃ　（ｎ　ｊ　）　ｃ　１Ａｃ　（ｎ２
　）・・・・・（３） 上記の各係数ｂ１、Ｃ１、ｄｌ、Ｃ１の値を定めること
によって動特性が定まる。したがって各係数の値は、代
表的な数種の運転条件に適合した値を予め実験でめてＲ
ＯＭ　１４に記憶しておき、そのときの運転条件に適合
した値をＰ２で選択して用いれば良い。

次にＰ　においては、次回の吸入空気量の値Ａｏ（ｎ＋
１）を予測演算する。

この値は、例えば外挿式を用いて、今回と前回の吸入空
気量の値から Ａｏ（ｎ＋１　）　−２Ａｏ（ｎ）　−Ａｏ（ｎ−１）
とめることが出来る。なおＡ。（＋１＋１）の予測演算
が必要な理由については後述する。

次にＰ５において、Ｐ３でめた吸入空気量Ａ。（ｎ）を
用いて、下記（４）式から今回の要求燃料量Ｆ。

（ｎ）を演算する。

」二記の要求燃料量Ｆ。（ｎ）は実際の吸入空気量に対
応して実際にシリンダ内で必要とされる燃料量である。

次にＰ６で、Ｐ４でめたＡ。（ｎ＋１）を用いて、次回
の要求燃料量Ｆ。（ｎ＋１　）を下記（５）式から算出
次にＰ７では、Ｐ２で選択した動特性Ｇｆを用いて、上
記の要求燃料量をシリンダに供給するだめに実際に噴射
すべき燃料量Ｆｆ（ｎ）を算出する。

例えば燃料系の動特性Ｇｒ（ｚ）を とすれば、今回の噴射すべき燃料量Ｆｒ（ｎ）は下記（
７）式のようになる。

・・・・・　（乃 したがって上記の係数ｂ２、Ｃ２、ｄ２、Ｃ２を予め実
験でめておけば、Ｆｆ（ｎ）を演算でめることが出来る
。

上記の各係数も几０Ｍ１４等に記憶させておいた値の中
からＰ２で選択した値を用いる。

なおＰ４において、Ａｏ（ｎ−１−１’）を予測演算し
たのは、Ｐ６でＦ。（ｎ＋１）を演算するためであり、
寸たＦ。（ｎ＋１）はＰ７でＦｆ（ｎ）をめるために必
要になったものである。

捷だ本実施例では、燃料系の動特性を（６）式のように
記述しているので、上記Ｐ４の予測演算が必要となるが
、空気系や燃料系の動特性がより簡単な式で表示できる
ような場合、例えば（６）式において分母がｂｚ　十Ｃ
２ｚ　のみに々るような場合には、（７）式の１ｉ″ｏ
（ｎ＋１）が不要になシ、しだがってＡｏ（ｎ＋１）の
予測演算も不要となる。

次にＰ８で、Ｐ７でめた燃料量Ｆｆ（ｎ）に応じた燃料
噴射信号Ｓ３を出力し、それによって燃料噴射弁５が作
動して燃料噴射が行なわれる。

次に、前記Ｐ２における動特性Ｇａ、Ｇｆの選択につい
て説明する。

燃料系の動特性は、燃料の気化の状態に大きく影響され
、また気化の状態は吸気温度によって変化する。

例えば吸気温度が高いときは、低いときよりも気化が促
進され、燃料噴射からシリンダに吸入される寸での応答
が速くなる。

また、そのときの運転状態における基準の空燃比、すな
わちベース空燃比によっても動特性が変化する。

例えばベース空燃比がリーン（太）の場合の方が、リッ
チ（小）の場合よりも単位燃料量当りの空気量が多いだ
め、やはり気化が促進され、応答が速くなる。

したがって動特性の選択の基準としては、吸気温とベー
ス空燃比との２要素を用いると好適である。

例えば、第６図に示すごとく、吸気温とベース空燃比と
に応じて■、■、■の６種の動特性（具体的には前記Ｐ
３、Ｐ６の各係数の値）を記憶しておき、それらの記憶
値からそのときの吸気温とベース空燃比に対応したもの
を選択すれば良い。

第７図は上記の６種の動特性例図であり、（Ｅ）はエア
フローメータ出力、（Ｆ）は動特性である。

動特性に影響を与える運転状態としては、上記９他に次
のようなものがある。

例えば、クロスフロー型式のエンジンでは、機関冷却水
で吸気を温めるだめ、冷却水温が動特性に影響を与える
。

まだ燃料噴射弁を吸気弁の近傍に設けた場合と、スロッ
トルボディに取付けだ場合とでは、燃料系の動特性に影
響を与えるパラメータやその影響の度合が異なる。

また空気系の動特性は、吸排気管の構成や吸入空気量を
検出するセンサの種類及び大気圧等に応じて変化する。

次に、動特性モデルを変えることによって積極的に空燃
比を変える方式について説明する。

前記第５図のＰ２の代りに、又はＰ２とＰ３との間に、
空燃比を変化させたい運転条件を検出するセンサ（第６
図の１０９）、例えばスロットル弁カ急激に開かれたこ
とを検出するセンサの出力に応じて動特性モデルを選択
する部分を挿入することにより、通常制御時より空燃比
を小（過濃）又は太（希薄）にするように制御すること
が出来る。

したがって急加速時のように、混合気をやや過濃にした
方が運転性が向上するというような場合に適合した制御
を行なうことが出来る。

〔発明の効果〕

以上説明したごとく本発明によれば、運転条件や運転環
境が変化した場合でも、常に適正な燃料を供給すること
が出来るので、過渡状態時にも空燃比を目標とする値に
保つことが出来る。

また本発明の他の構成においては、空燃比を通常制御時
とは異なる所望の値に制御することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の燃料制御装置の一例図、第２図は吸入空
気量と燃料量の変化を示す波形図、第５図は本発明の全
体の構成を示すブロック図、第４図は本発明の一実施例
のブロック図、第５図は本発明の制御を示すフローチャ
ートの一実施例図、第６図は吸気温及びベース空燃比と
動特性との関係図、第７図は動特性側図である。 符号の説明 １・・エアクリーナ　２・・・吸気管 ろ・”スロットル弁　４・・・エアフローメータ５・・
・燃料噴射弁　６・・・シリンダ７・・・回転センサ　
８・・・演算装置９・・温度センサ　１０・・・演算装
置１１・・・入出力装置　１２・・・ＣＰＵ１６°°°
几ＡＭ　１４　、ＲＯＭ １００・・吸入空気量を検出するセンサ１０１・・・空
気系の動特性を記憶するメモリ１０２・・・実際の吸入
空気量を演算する演算手段１０３・・・機関運転変数を
検出するセンサ１０４・・・燃料系の動特性を記憶する
メモリ１０５・・供給すべき燃料量を演算する演算手段
１０６・・・燃料供給手段 １０７・・・動特性に影響を与える運転条件を検出する
検出手段 １０８・・選択手段 １０９・・通常時と異なる空燃比に制御したい運転状態
を検出する検出手段 代理人弁理士　中村純之助 第３図 １０５ オ　５　図 オ６図 オ　７　図 ＝

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　内燃機関の吸入空気量に関連する空気量信号を
   出力する第１のセンサと、吸入空気量以外の機関運転変
   数を検出する一以上の第２のセンサと、上記空気量信号
   とシリンダに実際に吸入される吸入空気量との間の動特
   性Ｇａと上記吸入空気量信号とから実際の吸入空気量を
   算出する第１の演算手段と、該第１の演算手段で算出し
   た吸入空気量と」二記第２のセンサの出力からそのとき
   の内燃機関の要求燃料量を算出し、燃料供給量と実際に
   シリンダに吸入される燃料量との間の動特性Ｇｆと上記
   要求燃料量とから供給すべき燃料量を算出する第２の演
   算手段と、上記動特性に影響を与える運転条件を検出す
   る第１の検出手段と、該第１の検出手段の検出結果に応
   じて上記動特性Ｇａと動特性Ｇｆとのうちの少なくとも
   一方を変化させる選択手段と、上記第２の演算手段の演
   算結果に基づいて機関に燃料を供給する手段とを備えた
   題記装置。 （２）上記第１の検出手段は、機関の吸気温度とベース
   空燃、比を検出するものであり、上記選択手段は、吸気
   温度とベース空燃比とに応じて予め記憶している複数の
   動特性ＧａとＧｆとの中゛からそのときの条件に適合す
   るものを選択するものであることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の題記装置。 （６）　内燃機関の吸入空気量に関連する空気量信号を
   出力する第１のセンサと、吸入空気量以外の機関運転変
   数を検出する一以」−の第２のセンサと上記空気量信号
   とシリンダに実際に吸入される吸入空気量との間の動特
   性Ｇａと上記吸入空気量信号とから実際の吸入空気量を
   算出する第１の演算手段と、該第１の演算手段で算出し
   た吸入空気量と上記第２のセンサの出力からそのときの
   内燃機関の要求燃料量を算出し、燃料供給量と実際にシ
   リンダに吸入される燃料量との間の動特性Ｇｆと上記要
   求燃料量とから供給すべき燃料量を算出する第２の演算
   手段と、通常時と異なる空燃比に制御すべき運転状態を
   検出する第２の検出手段と、該第２の検出手段の検出結
   果に応じて上記動特性Ｇａと動特性Ｇｆとのうちの少な
   くとも一方を変化させる選択手段と、上記第２の演算手
   段の演算結果に基づいて燃料を供給する手段とを備えた
   題記装置。