JPS63201802A - エンジンの状態判別型適応制御装置 - 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、エンジン制御用の電子式燃料噴射装置と点火
装置の主要機能を司どる計算機において、あらゆる運転
状態に関して、エンジンの制御を円滑に実施するに好適
な計測と制御方式に関する。

〔従来の技術〕

従来のエンジン制御装置の中の計算機プログラムは、シ
ステムと制御、２４巻、５号第３０６頁から第３１２頁
に記載のように、吸入空気量Ｑａとエンジン回転数Ｎに
より求めた基本噴射量Ｔｐに、各種補正を加えて燃料噴
射量Ｔ１を求めるという方式が採られていた。この方式
は、各補正項を実車試験で定めており、官能評価の結果
が盛り込まれた形となっていた。

計算された燃料噴射量ＴＩによって、最適な燃焼が得ら
れたかどうかは、排気ガスを０２センサにより測定し判
定していた。この判定は、あらゆる運転状態に関し、一
元的に行ない、目標空燃比（Ａ／Ｆ）からの偏差分をＴ
Ｉの計算にフィードバック的に戻していた。

上記処理をおこなうプログラムの起動は、時間間隔とエ
ンジンクランク回転角とによっていた。

このことは、エンジンに吸入される空気や燃料及び排気
ガスの平均的な挙動に注意するだけであったことを意味
する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、目標指標の設定、燃料噴射量や点火時
期の計算モデルの更新ならびに燃料に関与する気体の塊
の流れの計測等について配慮がなされておらず、経済性
（燃費）、運転性や乗心地の面で問題があった。

本発明の目的は、各運転状態に応じて、目標指標を設定
することと、その目標指標を満たすような制御方式を実
現することにある。目標指標は、車の運転性１乗心地、
排気ガス特性等を代表する物理量を選定する。目標指標
は車の状態、運転者の意思や好みに応じて設定される。

その設定値は、運転環境や運転状態に応じて更新される
。制御方式は、アクセル・ペダルの角度（θａｃ）によ
り運転者の意思を知り、そのときの吸入空気量とエンジ
ン回転数により、フィードフォワード的に燃料噴射量を
予測計算するとともに、燃焼結果に基づいて予測計算方
式を更新する。

また、従来の制御方式はエンジンの平均的動作に着目し
ていたため、気筒毎の燃焼を正確に把握していなかった
。本発明の他の目的は、気筒毎の燃焼を正しく把握する
ことにある。すなわち、気筒への吸入空気量と燃料量を
計測して、それらの燃焼結果である排気ガスとの対応を
正しく同定することである。このためには燃焼に関与す
る気体の塊を追跡する必要がある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、エンジン制御のための計算機のプログラム
を、目標指標設定部と制御部とに大別し、それぞれの部
分において、運転状態を判別分類して、運転状態毎に、
各指標や制御モデルを用意し、それらを更新することに
より達成される。

目標指標は、運転状態と運転者の好みによって定まるカ
テゴリー毎に、排気ガス規制、操安性や乗心地を考慮し
て定まる空燃比対負荷のグラフ（空燃比パターン）によ
って表現される。

運転状態は、車の状態と運転者の意思とにより判別され
分類される。

車の状態は、車速と車速の変化により検出できる。運転
者は走行に関する意思表示をトルク伝達機構（クラッチ
及び変速機）の接続と、ブレーキ・ペダルまたはアクセ
ル・ペダルを踏むことにより行う。すなわち、両ペダル
の踏み方により、車や周囲の状況に応じた意思表示を行
なっている。

ペダルの角度、角速度ならびにそれらの時系列的な軌跡
が意思を表わしている。

車速とその時間変化、ブレーキとアクセルの両ペダルの
角度と角速度のそれぞれの計測値の過去から現時点まで
の値により、車の状態と運転者の意思が詳しく検出でき
る。またそれらを用いることにより、車の状態と運転の
意思を推定し将来の車の状態を予測することも可能であ
る。

運転者の好みは、車の動特性の差異として実現する必要
がある。それには、空燃比目標値の設定を変更すること
により対応できる。運転者の好みを、例えば、「軽快Ｊ
、ｒ快適」、「経済性」等の運転モードに分類し、各モ
ードに応じる空燃比対負荷のパターンを準備する。負荷
は具体的には絞り弁開度で代用する。

燃料噴射量を算出する予測計算式は、気筒毎の燃焼に関
与する吸入空気量、吸入燃料量および空燃比の計測値ま
たは推定値を用いて、更新される。

これらの燃焼に関連する気体塊の計測は、気筒毎の気体
の流れとセンサーの位置から、移送遅れを考慮して、ク
ランク回転角に同期して実施する。

〔作用〕

車の状態と運転者の意思とにより判別分類される運転状
態を図示すると第６図のようになる。各運転状態はエン
ジンの制御方式で表現できる。

車の状態は、停っているか、あるいはプＪいているかで
大別される。運転者の意思はブレーキペダルを踏んでい
るか、ブレーキペダルもアクセルペダルも踏んでいない
か、アクセルペダルを踏み込んでいるか、止めているか
、あるいは戻しているかの５種類（口〜（５））の状態
で判別できる。また停車中には、トルク伝達機構を接続
するか、切断するかで、状態が細分化される。

トルク伝達機構がオン（接続）でアクセルペダルが踏み
込まれたときには、加速要求に対する制御を実施する。

走行中にアクセルペダルを戻し、ブレーキペダルを踏む
間は減速の制御を実施する。

そのとき、アイドルスイッチがＯＮで回転数が高すぎる
場合には、フューエルカット制御を行なう走行状態にあ
って、加速でも減速でもない場合には、空燃比を所望の
値に保つ空燃比制御を行なう。

トルク伝達機構がオフのときは、アイドルスピード制御
により、エンジン回転数を目標値に維持する制御が働く
。このとき、アクセルペダルが踏まれると、空吹かしの
状態ではあるが、上記の空燃比制御に移行する。

上記のように車の状態と運転者の意思を判別分類して運
転状態（制御方式）を選択する方法は、車の利用者の多
様な要求とそれを解決する新しい技術の導入に段階的に
対応するのに好適である。

それは、設計開発者ならびに制御方式のマツチング（パ
ラメータ調整）をする人にとって、必要な分類の運転状
態（制御方式）のところだけを理解すればよいことと、
コンピュータのプログラム修正も一部のモジュールの修
正で済むなどの利点を意味する。

上記運転状態と運転者の好みとで構成される第１図の各
粋に対応して、絞り弁開度（負荷を表わす）に対応する
空燃比（空燃比パターンと称する）の設定ができるよう
にすると、運転状態毎に運転者の好みを反映することが
できる。各空燃比パターンは、各種の運転状態に渡って
の運転実績データ（空燃比やラフネス等）を評価するこ
とにより更新することができる。このように、運転を継
続するにつれ、空燃比パターンも改善され、エンジンの
継時変化や運転環境（路面状況や風雪）への対応もよく
なってくる。

燃料噴射量の予測計算式の更新は、空燃比パターンで与
えられる所要の空燃比が得られるように、燃料噴射量を
算出する予測式のパラメータを継時的に変更していく。

予測計算式の適応修正には、各気筒の燃焼毎のデータを
用いるが、雑音や瞬時的な変動を除去するために、カル
マンフィルタや指数平滑法を用いる。これにより、徐々
に変化する成分のみが抽出できる。

各気筒の燃焼に対応するデータの採取に当っては、吸入
空気量は、シリンダピストンの最大下降速度の時点で測
定し、回転数は爆発行程を含む回転数（クランク角の移
動時間で算出）を測定する。

このように、−回の燃焼行程に対応して各測定を注意深
く行うと、物理量として対応のとれた計測が可能となる
。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図により説明する。

第１図に、本発明の全体構成を示す。目標指標として、
空燃比（Ａ／Ｆ）を選ぶ。目標指標設定部１では、Ａ、
／Ｆを、負荷の代用値である絞り弁開度θｔｈの全域と
、アクセルペダル角Ｏｈｃの変化速度ＯａＣに関して、
運転者の好みである「軽快」「快適」　［済経性」のそ
れぞれの運転モードに対して設定する。このように設定
された空燃比パターンを目標指標にしてエンジン３の燃
焼制御は実行される。予測削算部２では吸入空気量Ｑ、
に応じて燃料量Ｑ、を前述のように燃料噴射時間ｔ１で
算出出力する。燃焼結果は、着目している爆発行程で発
生した排気ガスが空燃比センサに到達するタイミングを
予測し、それをクランク角で同期をとり、（Ａ／Ｆ）八
を計測する。予測計算部２では、目標のＡ／Ｆに対して
、実測の（Ａ／Ｆ）＾がずれておれば、その偏差を補正
するような動作（ＰＩＤ動作等）を行なう。

長期的には、運転環境（標高、気圧、気温等）やエンジ
ンの特性が徐々に変化することが考えられるので、それ
らに応じる適応制御を目標指標設走部１と予測計算部２
に対してそれぞれ実施する。

目標指標更新部４では、種々の負荷や運転状態にわたっ
て空燃比パターンが、運転性や乗心地の面から適切かど
うかを、運転中の振動やラフネス等も加えて評価し、評
価結果に基づいて目標指標設定部１の空燃比パターンを
更新する。

空燃比パターンの更新に当っては、各運転モードにおい
て、まずアイドル回転や定常走行時の最適なＡ／Ｆ値を
求め、それを基本に加速時や減速時の最適なＡ／Ｆを、
負荷や速度に関する連続性をも考慮しながら、算出更新
する。

予測計算更新部５では、気筒毎ないしは毎回の燃焼結果
を観測し、目標のＡ／Ｆ追従維持するように予測計算部
２のパラメータを更新する。毎回の燃焼結果に基づく適
応制御に当っては、アイドル運転や定常状態を中心に、
予測計算部の最適ゲインを求める。更に、単点噴射方式
（ＳＰＩ）では、マニホールドに付着する液膜とそれに
よる蒸発量を予測し、予測値を加味して、噴射量を算出
するとともに、予測値の適否を燃焼結果の排気ガスセン
サにより適応修正する。

第２図に空燃比パターンの例を２つの運転モード「軽快
」と「経済的」について示す。Ａ／Ｆを、絞り弁開度Ｏ
ｔｈと、アクセルペダル角速度（ｌａｃの関数として示
す。Ｏａｃ＞Ｏの領域は加速であり、行である。図上で
縦軸は０ａｃ−０，θｔｈ＝ｏの場合であり、これはア
クセルが踏まれていない状態θ＆ｏ二〇に対応する。こ
の場合は、アイドル回転やフューエルカットの制御が後
述のように実行される。図ではアイドル回転の目標値が
表示しである。「軽快」の場合は、加速時の運転性を考
慮し、燃料がリッチになるように設定しである。「経済
的」の場合は、燃料リーンが望ましいが、アイドル回転
時は、エンスト防止のため、理論空燃比を目標指標にし
ている。また高負荷、高回転のときは加速性を考慮して
、若干リッチにしである。

第１図の予測計算更新部５において重要なことは、−回
の燃焼に関与する気体塊を正しく計測することである。

〔実施例〕

燃焼に関するデータのとり込みと計算のタイミングを第
３図により説明する。

第３図は、４気筒エンジンの行程と、この行程（詳しく
はクランク角）に同期して実施されるデータ取込、燃料
噴射時間（ｔｘ　）計算７点火時期計算のタイミングを
示している。

＃１の気筒に関して説明を行なう。燃料噴射量は、イン
ジェクタへの燃料噴射時間により定まる。

燃料噴射時間（ｔｒ　）計算１１は、上死点前のある一
定クランク角のところで、燃料噴射開始（インジェクタ
の開）とともに、起動し、燃料噴射継続時間ｔＩｔａ−
ｔ　を算出し、その時間が経過すると燃料噴射を終了す
る。噴射された燃料は、次の吸入行程で空気とともに気
筒に吸入される。この過程で吸入された空気量はエアフ
ローメータ等で計測される。吸入空気量（ＱａｚＪ−ｚ
　）　１．２は、上死点の中間位置に相当するクランク
角（ピストンの下降速度の最大のとき）から計測遅れ時
間を加えた時点で計測する。

ｔｘｚｊｚの期間噴射された燃料と、Ｑ　ａ　１　ａ−
１の吸入空気量は、同期がとれており爆発行程において
トルクを発生する。

必要トルクは、スロットル開度や運転状態から予測でき
る。すでに気筒内にある空気量と燃料量との燃焼が所要
トルクとなるようにするには、点火時期Ｉ＆１Δ−１を
点火時期計算１３により決定し調整する。

ｔ　ＴＩＪ−１、Ｑａｘａ−ｘおよびＩ　ｇｘｉ−ｘに
より発生するトルクは、エンジン回転数を変化させる。

その結果として観測される上死点から下死点の間にある
クランク角度差（扇状の角度）の通過時間の逆数が、エ
ンジン回転数（ＮＩＪ　ｔ）　１４に比例するものにな
る。

燃焼結果は、排気管を流れる排気ガスがセンサにまで移
流する時間を考慮することにより、正確に計測すること
ができる。排気ガスセンサーとして、広域空燃比センサ
ーを用いることにより、理論空燃比からの偏位を知るこ
とができる。

−回の爆発に関する以上の計算値と実測とによリ、各気
筒の特性を同定することができる。同定結果は、同一気
筒の次の燃料噴射時間の予測計算に生かされる。同定結
果の予測計算への生かし方は、計測に伴う誤差等を除去
し、緩慢な変化だけを抽出するため、カルマンフィルタ
や指数平滑法を用いる。

以上は、運転状態の中で、加速制御、減速制御。

空燃比制御の場合に適用できるものである。すなわち、
これらは運転者がアクセルペダルを踏んだ状態（Ｏａｃ
＞　Ｏ）に対応する。アクセルペダルを踏まない状態（
θａＣ＝Ｏ）では、フューエルカッｌ−制御か、アイド
ル回転数制御のいずれかが実行されている。

アクセルペダル角θａＣが正か零かによって運転状態が
異なることが弁別でき、第４図に示すように、θ＆ｏ〉
０では、Ａ／Ｆを目標値とするＡ／Ｆサーボ機構が第１
図に示したように構成できる。

０ａｃ＝Ｏでは、エンジン回転数Ｎを目標値とする回転
数サーボとなる。

フューエルカット制御とアイドル回転数制御を実現する
回転数サーボの構成図を第５図に示す。

回転数サーボは、エンジン３の回転数Ｎをその目標値で
あるＮＴＤＬに維持するように吸入空気量制御部７と燃
料量制御部８が作動する。

吸入空気量制御部７では、機械的な上下限はあるが、回
転数の偏差ｅに比例して、吸入空気量Ｑａをアイドル制
御弁を介して制御する。燃料量制御部８では、空気量Ｑ
ａに応じた燃料量Ｑ。

（具体的には燃料噴射期間１．）を予測計算し制御する
。

エアコン等の負荷が増加する場合には、目標値をΔＮ増
量する。回転数偏差ｅが所定の値より小さい場合（Ｎ　
＞　Ｎ　ＩＤＬ＋ΔＮ）には、フューエルカット判定部
６により燃料Ｑ、のエンジンへの供給を中止する。

燃料量制御部８におけるＱｉの予測計算式は、予測計算
更新部９により、更新され、環境やエンジン特性の経時
変化に対しても、制御系の安定性と追従性を維持する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、マクロな制御とミクロな制御を、それ
ぞれ目標指標設定部と制御部とに分離することができる
ので、車種展開への対応や、制御機能のモジュール化を
容易にするという効果がある。マクロな制御としての目
標指標の更新が、運転状態毎に実施できるので、環境や
車の継時変更への対応も容易にできる。また、目標指標
を運転者の好み毎に変更することができるので、運転者
毎または運転者の当日の好みに幅広く対応できる。

更に運転者の好み毎に目標指標を更新できるので、法規
制を満たしながら、車の制御の個性化、特徴付けを容易
に実施できる。

制御部においては、Ａ／Ｆの目標値が、運転状態により
分類提供されるため、分類毎の予測計算ないしは制御を
実施すればよいので、制御式としては、局所的なモデル
が採用できる。このため、線彫刻等の簡単な制御式で所
望の機能を実現できるので、パラメータの調整（マツチ
ング）が容易となる。

気筒毎ないしは毎回の燃焼行程に吸入される空気、燃料
及び排気されるガスは、移送遅れを考慮して、気体塊の
流れとして追跡計測することができるので、気筒毎の燃
焼特性の把握ができ、気筒毎の不平衡を補正することが
できる。これにより振動や騒音が低減し、経済性も向上
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成図、第２図は第１図の
目標指標設定部における空燃比パターンとして「軽快Ｊ
と「経済的」との２例を示す図、第３図は、計測と計算
がエンジンのクランク角に同期して動作することを示す
図、第４図は、運転状態をアクセルペダル角により分類
し、Ａ／Ｆサーボと回転数サーボを選択することを示す
図、第５図は、回転数サーボの構成図、第６図は判別分
類された運転状態の一例を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、車のエンジン制御シーケンスを、目標指標を設定す
   るシーケンスと、該目標指標に応じてエンジンを制御す
   るシーケンスとに分離して構成することを特徴とするエ
   ンジンの状態判別型適応制御方式。 ２、上記目標指標を設定するシーケンスは、設定された
   目標指標を、車の運転状態、運転者の好み、法規制およ
   び各運転状態での操縦安定性や乗心地の評価結果により
   判別分類して更新することを特徴とする第１項のエンジ
   ンの状態判別型適応制御方式。 ３、上記制御するシーケンスは、アクセル・ペダル角度
   と吸入空気量の計測結果に基づいて、上記目標指標を維
   持すべき燃料量を予測して噴射し、燃焼結果を空燃比セ
   ンサで計測し、計測結果の目標指標からの偏差に応じて
   予測計算式を更新することを特徴とする第１項のエンジ
   ンの状態判別型適応制御方式。 ４、上記燃焼結果を計測する際に、各気筒に入る空気と
   燃料および燃焼後の排気ガスを気体塊として追跡するこ
   とを特徴とする第３項のエンジンの状態判別型適応制御
   方式。