JP2002227683A - 内燃機関の燃料噴射量制御装置 - Google Patents
内燃機関の燃料噴射量制御装置Info
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Abstract
送遅れを補償するシステムの実車への適合を容易にして
開発コストを低減する。 【解決手段】 燃料輸送遅れモデルは、噴射燃料の壁面
付着による燃料輸送遅れ要素Aと、この燃料輸送遅れ要
素Aのモデル誤差を補償する一次遅れ要素Bとを直列に
連結した構成とする。燃料補正量を演算する式は、燃料
輸送遅れ要素Aに対する補償項と、一次遅れ要素Bに対
する補償項とから構成する。燃料輸送遅れ要素Aに対す
る補償項は、定常運転時の壁面付着燃料量と現在の壁面
付着燃料量との偏差に第1の基準適合パラメータと第1
の補正係数とを乗算して第1の壁面付着補正量を求め
る。一次遅れ要素Bに対する補償項は、今回の要求燃料
量と前回の要求燃料量との偏差に第2の基準適合パラメ
ータと第2の補正係数とを乗算して第2の壁面付着補正
量を求める。
Description
射した燃料が内燃機関の気筒内に吸入されるまでの燃料
輸送系の燃料輸送遅れを補償する内燃機関の燃料噴射量
制御装置に関するものである。
ジンは、吸気管に燃料噴射弁を取り付け、燃料(ガソリ
ン)を吸気ポートに噴射するものが多い。この吸気ポー
ト噴射では、燃料噴射弁から噴射した燃料は、一部が、
直接、気筒内に吸入されるが、残りは、吸気ポートの内
壁面等に付着した後に、徐々に蒸発して気筒内に吸入さ
れることになる。このような燃料輸送系の燃料の挙動を
モデル化した式として、次式で表されるアキノの式が知
られている。
t) +X・GF(t−Δt) ここで、MF(t) は現時点tにおける壁面付着燃料量、
Δtは演算周期、τは燃料蒸発時定数、MF(t−Δt)
は前回演算時の壁面付着燃料量、Xは燃料付着率、GF
(t−Δt) は前回演算時の燃料噴射量である。
で算出した壁面付着燃料量MFを用いて次式により燃料
噴射量GF(t) を算出することが提案されている。 GF(t) =GFET/(1−Aα)−Aα・MF(t−Δ
t) ここで、GFETは要求燃料量である。Aαは、次式で
示すように、サンプリング毎に演算したアキノ演算子α
(=1−Δt/τ)を次々と乗算したものである。 Aα=α(t) ・α(t−Δt) ・α(t−2Δt) ・……・
α(t−nΔt)
制御方法では、燃料蒸発時定数τ、壁面付着率X、Aα
等の物理パラメータをそれぞれ演算式、マップ等を用い
て演算しなければならないため、CPU負荷が大きくな
ると共に、演算すべき物理パラメータの数が多いため、
実車に適合する際に、多くの適合工数を必要として、開
発コストが高くなるという欠点がある。
たものであり、従ってその目的は、実車への適合を容易
にして開発コストを低減できると共に、CPU負荷も軽
減できる内燃機関の燃料噴射量制御装置を提供すること
にある。
に、本発明の請求項1の内燃機関の燃料噴射量制御装置
は、燃料噴射弁から吸気系に噴射した燃料が内燃機関の
気筒内に吸入されるまでの燃料輸送系の燃料輸送遅れを
モデル化した燃料輸送遅れモデルを用いて燃料輸送遅れ
を補償するものにおいて、前記燃料輸送遅れモデルに含
まれる燃料蒸発時定数、噴射燃料の壁面付着率等の物理
パラメータを少数の適合パラメータに変換したものであ
る。このようにすれば、演算すべきパラメータ数が少な
くなるため、実車に適合する際の適合工数を少なくでき
て、開発コストを低減できると共に、CPU負荷も軽減
できる。
ータを、基準適合パラメータと補正係数とから構成し、
前記基準適合パラメータとしては、システム同定値又は
物理計測値を用い、前記基準適合パラメータを用いて求
めた壁面付着補正量を前記補正係数で補正するようにし
ても良い。例えば、空燃比の乱れに応じて補正係数を適
合すれば、空燃比の乱れを応答良く収束させることがで
きる。
デルは、噴射燃料の壁面付着による燃料輸送遅れ要素A
と、この燃料輸送遅れ要素Aのモデル誤差を補償する一
次遅れ要素Bとを直列に連結した構成としても良い。加
減速時の空燃比の乱れは、噴射燃料の壁面付着による燃
料輸送遅れの他に、筒内充填空気量の測定(推定)誤差
等の要因に起因する。この筒内充填空気量の測定(推
定)誤差等は、燃料輸送遅れの一次遅れによって近似で
きるため、請求項3のように、燃料輸送遅れ要素Aに一
次遅れ要素Bを直列に連結すれば、筒内充填空気量の測
定(推定)誤差等に起因するモデル誤差を補償すること
ができ、燃料補正量の演算精度を向上することができ
る。
デルを用いて燃料補正量を演算する式は、燃料輸送遅れ
要素Aに対する補償項と、一次遅れ要素Bに対する補償
項とから構成しても良い。これにより、燃料補正量の演
算式が2つの補償項に整理され、実車への適合が更に容
易となる。
れに対する補償項は、定常運転時の壁面付着燃料量と現
在の壁面付着燃料量との偏差、又は現在の吸気管内圧と
吸気管内圧なまし値との偏差、又は現在の吸入空気量と
吸入空気量なまし値との偏差に第1の基準適合パラメー
タと第1の補正係数とを乗算して第1の壁面付着補正量
を求めるようにしても良い。このようにすれば、燃料輸
送遅れを補償するための第1の壁面付着補正量を簡単な
演算で精度良く算出することができる。
補正量を継続させる時間を、燃料蒸発時定数の関数で表
すようにしても良い。これにより、第1の壁面付着補正
量を継続させる時間を壁面付着燃料の蒸発特性に応じて
適正に設定できる。
に対する補償項は、今回の要求燃料量と前回の要求燃料
量との偏差、又は今回の吸気管内圧と前回の吸気管内圧
との偏差に第2の基準適合パラメータと第2の補正係数
とを乗算して第2の壁面付着補正量を求めるようにして
も良い。このようにすれば、モデル誤差を吸収するため
の第2の壁面付着補正量を簡単な演算で精度良く算出す
ることができる。
の実施形態(1)を図1乃至図4に基づいて説明する。
まず、図1に基づいてエンジン制御システム全体の概略
構成を説明する。内燃機関であるエンジン11の吸気管
12の最上流部には、エアクリーナ13が設けられ、こ
のエアクリーナ13の下流側には、吸入空気量を検出す
るエアフローメータ14が設けられている。このエアフ
ローメータ14の下流側には、スロットルバルブ15と
スロットル開度を検出するスロットル開度センサ16と
が設けられている。
は、サージタンク17が設けられ、このサージタンク1
7に、吸気管内圧Pmを検出する吸気管内圧センサ18
が設けられている。また、サージタンク17には、エン
ジン11の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド1
9が設けられ、各気筒の吸気マニホールド19の吸気ポ
ート近傍に、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁20が
取り付けられている。
は、排ガス中のCO,HC,NOx等を低減させる三元
触媒等の触媒22が設置されている。この触媒22の上
流側には、排出ガスの空燃比又はリッチ/リーンを検出
する空燃比センサ23が設けられている。また、エンジ
ン11のシリンダブロックには、冷却水温Thwを検出
する冷却水温センサ24や、エンジン回転速度Neを検
出するクランク角センサ25が取り付けられている。
回路(以下「ECU」と表記する)26に入力される。
このECU26は、マイクロコンピュータを主体として
構成され、内蔵されたROM(記憶媒体)に記憶された
図2の燃料補正量算出プログラムを実行することで、燃
料噴射弁20から噴射した燃料が気筒内に吸入されるま
での燃料輸送系の燃料輸送遅れを補償する燃料補正量W
ETCを算出する。そして、この燃料補正量WETCで
要求燃料量GFETを補正して最終的な燃料噴射量GF
(噴射時間)を求め、噴射タイミング毎に燃料噴射量G
Fに応じたパルス幅の噴射信号を燃料噴射弁20に印加
して燃料噴射を実行する。
ルから燃料補正量WETCを算出する方法を説明する。
燃料輸送遅れモデルは、噴射燃料の壁面付着による燃料
輸送遅れ要素Aと、この燃料輸送遅れ要素Aのモデル誤
差を補償する一次遅れ要素Bとを直列に連結した構成と
なっている。加減速時の空燃比の乱れは、噴射燃料の壁
面付着による燃料輸送遅れの他に、筒内充填空気量の測
定(推定)誤差等の要因に起因する。この筒内充填空気
量の測定(推定)誤差等は、燃料輸送遅れの一次遅れに
よって近似できるため、図3及び図4に示すように、燃
料輸送遅れ要素Aに一次遅れ要素Bを直列に連結すれ
ば、筒内充填空気量の測定(推定)誤差等に起因するモ
デル誤差を補償することができ、燃料補正量WETCの
演算精度を向上することができる。
表される。 MF(t) =(1−Δt/τ)・MF(t−Δt) +X・G
F(t−Δt) ここで、MF(t) は現時点tにおける壁面付着燃料量、
Δtは演算周期、τは燃料蒸発時定数、MF(t−Δt)
は前回演算時の壁面付着燃料量、Xは燃料付着率、GF
(t−Δt) は前回演算時の燃料噴射量である。
燃料量Gcy’(燃料輸送遅れ要素Aの出力)は、次式で
表される。 Gcy’=(1−X)・GF+(1−a)・MF ……(1) ここで、aは燃料残留率であり、a=1−Δt/τであ
る。(1−X)・GFは、壁面に付着せずに直接吸入さ
れる燃料量であり、(1−a)・MFは、壁面から蒸発
して吸入される燃料量である。
料量Gcy(一次遅れ要素Bの出力)は、次式で表され
る。 Gcy=Gcy’+a2 {Gcy(t−Δt) −Gcy’} ……(2) ここで、a2 =1−Δt/τ2 (τ2 :一次遅れ要
素Bの時定数)
式が求められる。 Gcy=(1−X)・GF・(1−a2 )+(1−a)・MF・(1−a2 ) +a2 ・Gcy(t−Δt) ……(3) 上記(3)式において、Gcy=GFET、Gcy(t−Δ
t) =GFET(t−Δt) とすると、次式が求められ
る。
燃料量GFETに燃料補正量WETCを加算して求めら
れる。 GF=GFET+WETC ……(5) 上記(4)式のGFに(5)式を代入して、燃料補正量
WETCについて解くと、次式が求められる。
いて吸気系内壁面に安定的に付着している壁面付着燃料
量である。定常運転状態では、MF(t) =MF(t−Δ
t) =MFstable、GF(t) =GF(t−Δt) 、Gcy’
=Gcy=GFとなるから、前記(1)式から次式が求め
られる。
a)/(1−X)を第1の基準適合パラメータb1 と
し、第2項のパラメータ1/(1−X)・a2 /(1−
a2 )を第2の基準適合パラメータb2 とすると、燃料
補正量WETCは次式で算出される。 WETC=b1 ・(MFstable−MF) +b2 ・{GFET−GFET(t−Δt) } ……(8)
le−MF)は、燃料輸送遅れ要素Aに対する補償項(第
1の壁面付着補正量の算出項)であり、第2項のb2 ・
{GFET−GFET(t−Δt) }は、一次遅れ要素B
に対する補償項(第2の壁面付着補正量の算出項)であ
る。
式の第1項と第2項にそれぞれ第1の補正係数k1 と第
2の補正係数k2 を乗算して、次式により燃料補正量W
ETCを算出するようにすると良い。 WETC=b1 ・k1 ・(MFstable−MF) +b2 ・k2 ・{GFET−GFET(t−Δt) } ……(9)
定常運転時の壁面付着燃料量MFstableと現在の壁面付
着燃料量MFとの偏差に第1の基準適合パラメータb1
と第1の補正係数k1 とを乗算して求められる。この第
1の壁面付着補正量を継続させる時間は、燃料蒸発時定
数τの関数で表すようにしても良い。
求燃料量GFETと前回の要求燃料量GFET(t−Δ
t) との偏差に第2の基準適合パラメータb2 と第2の
補正係数k2 とを乗算して求められる。
b1 、b2 と補正係数k1 、k2 )は、次の(a) 又は
(b) のいずれかの方法で適合すれば良い。 (a) 補正係数k1 =1、k2 =1として、空燃比の乱れ
に応じて基準適合パラメータb1 、b2 をマップ等によ
り適合する。 (b) 基準適合パラメータb1 、b2 をシステム同定値又
は物理計測値とし、空燃比の乱れに応じて補正係数
k1 、k2 をマップ等により適合する。
処理内容を説明する。本プログラムは各気筒の噴射タイ
ミングに同期して周期的に実行される。本プログラムが
起動されると、まずステップ101で、各センサ25,
18,24で検出したエンジン回転速度Ne、吸気管内
圧Pm、冷却水温Thw(吸気マニホールド19の壁面
温度の代わりの温度情報)を読み込み、次のステップ1
02で、要求燃料量GFETを次式により算出する。
(始動後増量係数+OTP増量係数)ここで、要求燃料
量GFETは、定常運転時に気筒内に入るべき燃料量で
ある。基本噴射量は、エンジン回転速度Ne、吸気管内
圧Pm等のエンジン運転パラメータに応じてマップ等に
より算出される。空燃比学習値は経時変化等による空燃
比のずれを補正するための学習値である。始動後増量係
数は、始動直後のシリンダウェット等を補正する燃料補
正係数であり、OTP増量係数は、高負荷時に触媒22
等を保護するために噴射量を増量補正する燃料補正係数
である。
03に進み、燃料輸送遅れモデルのモデルパラメータ
a,X,a2 を二次元マップmap11〜map32を用い
て次式により算出する。 a=map11(Ne,Pm)×map12(Ne,Th
w) X=map21(Ne,Pm)×map22(Ne,Th
w) a2 =map31(Ne,Pm)×map32(Ne,Th
w)
21(Ne,Pm)、map31(Ne,Pm)は、それぞ
れエンジン回転速度Neと吸気管内圧Pmを変数とする
二次元マップであり、map12(Ne,Thw)、ma
p22(Ne,Thw)、map32(Ne,Thw)はそ
れぞれエンジン回転速度Neと冷却水温Thwを変数と
する二次元マップである。尚、a=1−Δt/τ(但し
τは燃料蒸発時定数)、a2 =1−Δt/τ2 (但しτ
2 は一次遅れ要素Bの時定数)である。
Fstableがほぼ吸気管内圧Pmに比例し、エンジン回転
速度Neでほとんど変化しないという関係が吸気マニホ
ールド19の壁面温度(冷却水温Thw)が低い時にも
成立するように構成するためには、壁面温度(冷却水温
Thw)による補正項を、エンジン回転速度Neにおい
ても可変にする必要がある。そのため、本実施形態
(1)では、壁面温度(冷却水温Thw)による補正項
を、エンジン回転速度Neと冷却水温Thwを変数とす
る二次元マップmap12(Ne,Thw)、map22
(Ne,Thw)、map32(Ne,Thw)から算出
する。
ステップ104に進み、壁面付着燃料量MFを次式によ
り算出する。 MF(t) =(1−Δt/τ)・MF(t−Δt) +X・G
F(t−Δt)
付着燃料量、Δtは演算周期(例えば各気筒の噴射間
隔)、τは燃料蒸発時定数、MF(t−Δt) は前回演算
時の壁面付着燃料量、GF(t−Δt) は前回演算時の燃
料噴射量である。尚、演算周期Δtを各気筒の噴射間隔
(720℃A)とすると、MF(t−Δt) は720℃A
前の壁面付着燃料量、GF(t−Δt) は720℃A前の
燃料噴射量となる。
メータ(基準適合パラメータb1 、b2 と補正係数
k1 、k2 )を次の(a) 又は(b) のいずれかの方法で適
合する。 (a) 補正係数k1 =1、k2 =1として、空燃比の乱れ
に応じて基準適合パラメータb1 、b2 をマップ等によ
り適合する。 (b) 基準適合パラメータb1 、b2 をシステム同定値又
は物理計測値とし、空燃比の乱れに応じて補正係数
k1 、k2 をマップ等により適合する。
量WETCを、基準適合パラメータb1 、b2 と補正係
数k1 、k2 を用いて次式により算出する。 WETC=b1 ・k1 ・(MFstable−MF)+b2 ・
k2 ・{GFET−GFET(t−Δt) }
少数の適合パラメータ(基準適合パラメータb1 、b2
と補正係数k1 、k2 )によって燃料補正量WETCを
算出することができるため、実車に適合する際の適合工
数を少なくできて、開発コストを低減できると共に、演
算処理も簡略化できてCPU負荷も軽減することができ
る。
要素Aに対する補償項において、定常運転時の壁面付着
燃料量MFstableと現在の壁面付着燃料量MFとの偏差
に第1の基準適合パラメータb1 と第1の補正係数k1
とを乗算して第1の壁面付着補正量を求めるようにした
が、定常運転時の壁面付着燃料量MFstableと現在の壁
面付着燃料量MFとの偏差の代わりに、現在の吸気管内
圧と吸気管内圧なまし値(吸気管内圧を燃料蒸発時定数
τで一次遅れさせたもの)との偏差、又は、現在の吸入
空気量と吸入空気量なまし値(吸入空気量を燃料蒸発時
定数τで一次遅れさせたもの)との偏差を用いるように
しても良い。
素Bに対する補償項において、今回の要求燃料量GFE
Tと前回の要求燃料量GFET(t−Δt) との偏差に第
2の基準適合パラメータb2 と第2の補正係数k2 とを
乗算して第2の壁面付着補正量を求めるようにしたが、
今回の要求燃料量GFETと前回の要求燃料量GFET
(t−Δt) との偏差の代わりに、今回の吸気管内圧と前
回の吸気管内圧との偏差を用いるようにしても良い。
20℃A)に限定されず、それ以外の周期に設定しても
良い。
る図5の燃料輸送遅れモデルは、定常運転時の壁面付着
燃料量MFstableと要求燃料量GFETとの関係を次式
で近似している。
ETと近似したものである。現在の壁面付着燃料量MF
は、定常運転時の壁面付着燃料量MFstableを燃料蒸発
時定数τで一次遅れさせることで求められる。そして、
定常運転時の壁面付着燃料量MFstableと現在の壁面付
着燃料量MFとの偏差に第1の基準適合パラメータb1
=(1−a)/(1−X)を乗算して、第1の壁面付着
補正量を求める。 第1の壁面付着補正量=(MFstable−MF)×b1
る図6の燃料輸送遅れモデルは、要求燃料量GFETを
定常運転時の壁面付着燃料量MFstableに変換するパラ
メータX/(1−a)を第1の基準適合パラメータb1
に乗算し、1つの適合パラメータX/(1−X)に統合
したものである。従って、図6の燃料輸送遅れモデルで
は、要求燃料量GFETと、該要求燃料量GFETを燃
料蒸発時定数τで一次遅れさせた値GFET’とのとの
偏差に適合パラメータX/(1−X)を乗算して第1の
壁面付着補正量を求める。 第1の壁面付着補正量=(GFET−GFET’)・X
/(1−X)
ステム全体の概略構成図
フローチャート
すブロック図
ロック図
ロック図
ロック図
アフローメータ、20…燃料噴射弁、21…排気管、2
3…空燃比センサ、26…ECU。
Claims (7)
- 【請求項1】 燃料噴射弁から吸気系に噴射した燃料が
内燃機関の気筒内に吸入されるまでの燃料輸送系の燃料
輸送遅れをモデル化した燃料輸送遅れモデルを用いて燃
料輸送遅れを補償する補償項を備えた内燃機関の燃料噴
射量制御装置において、 前記燃料輸送遅れモデルに含まれる燃料蒸発時定数、噴
射燃料の壁面付着率等の物理パラメータを少数の適合パ
ラメータに変換したことを特徴とする内燃機関の燃料噴
射量制御装置。 - 【請求項2】 前記適合パラメータは、基準適合パラメ
ータと補正係数とからなり、 前記基準適合パラメータは、システム同定値又は物理計
測値が用いられ、 前記基準適合パラメータを用いて求めた壁面付着補正量
を前記補正係数で補正することを特徴とする請求項1に
記載の内燃機関の燃料噴射量制御装置。 - 【請求項3】 前記燃料輸送遅れモデルは、噴射燃料の
壁面付着による燃料輸送遅れ要素Aと、この燃料輸送遅
れ要素Aのモデル誤差を補償する一次遅れ要素Bとを直
列に連結した構成となっていることを特徴とする請求項
1又は2に記載の内燃機関の燃料噴射量制御装置。 - 【請求項4】 前記燃料輸送遅れモデルを用いて燃料補
正量を演算する式は前記燃料輸送遅れ要素Aに対する補
償項と前記一次遅れ要素Bに対する補償項とからなるこ
とを特徴とする請求項3に記載の内燃機関の燃料噴射量
制御装置。 - 【請求項5】 前記燃料輸送遅れに対する補償項は、定
常運転時の壁面付着燃料量と現在の壁面付着燃料量との
偏差、又は現在の吸気管内圧と吸気管内圧なまし値との
偏差、又は現在の吸入空気量と吸入空気量なまし値との
偏差に第1の基準適合パラメータと第1の補正係数とを
乗算して第1の壁面付着補正量を求めることを特徴とす
る請求項1に記載の内燃機関の燃料噴射量制御装置。 - 【請求項6】 前記第1の壁面付着補正量を継続させる
時間は、燃料蒸発時定数の関数で表されることを特徴と
する請求項5に記載の内燃機関の燃料噴射量制御装置。 - 【請求項7】 前記一次遅れ要素Bに対する補償項は、
今回の要求燃料量と前回の要求燃料量との偏差、又は今
回の吸気管内圧と前回の吸気管内圧との偏差に第2の基
準適合パラメータと第2の補正係数とを乗算して第2の
壁面付着補正量を求めることを特徴とする請求項4乃至
6のいずれかに記載の内燃機関の燃料噴射量制御装置。
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