JP2008261269A - 内燃機関の燃料噴射量制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料挙動モデルに基づく燃料噴射量制御装置において、運転状態と燃料挙動パラメータとの関係を適切に更新することによって、燃料噴射量をより適切に決定する。
【解決手段】運転状態パラメータと燃料挙動パラメータとの関係に基づいて燃料挙動パラメータを決定する燃料挙動パラメータ決定手段を有していて、上記関係の更新が、実測空燃比に基づいて燃料挙動パラメータの値を算出し、その値とその値の算出に用いた実測空燃比が測定された時の運転状態との関係に基づいて燃料挙動パラメータを近似的に示す運転状態パラメータの一次回帰式を求め、その一次回帰式で得られる燃料挙動パラメータの値と更新前の運転状態パラメータと燃料挙動パラメータとの関係に基づいて得られる燃料挙動パラメータの値との差を求め、その差に基づいて求めた補正量だけ燃料挙動パラメータの値を変更することによって行われる、燃料噴射量制御装置が提供される。
【選択図】図３

Description

本発明は内燃機関の燃料噴射量制御装置に関する。

従来より、吸気通路壁面等の吸気通路を構成する部材（以下、「吸気通路構成部材」という）へ付着する燃料の量等を燃料挙動シミュレーションモデル（以下、「燃料挙動モデル」という）に基づいて推定し、この推定した燃料付着量等に応じて燃焼室内における混合気の空燃比を目標空燃比に一致させるための燃料噴射量を決定する内燃機関の燃料噴射量制御装置が知られている（例えば、特許文献１）。

この種の装置において用いられる燃料挙動モデル（図２参照）によれば、ｋを計算サイクル数（ｋ＝１、２、３…）として、燃料量ｆｉ（ｋ）の燃料噴射が行なわれた後の燃料付着量ｆｗ（ｋ＋１）は下記（１）式により求められる。

ｆｗ（ｋ＋１）=Ｒ・ｆｉ（ｋ）+Ｐ・ｆｗ（ｋ） …（１）

上記（１）式において、ｆｗ（ｋ）は燃料量ｆｉ（ｋ）の燃料噴射を行なう前の燃料付着量、Ｐは吸気通路構成部材に既に付着していた燃料のうち一吸気行程を経た後に同吸気通路構成部材に付着したまま残留している燃料の割合（燃料残留率）、Ｒは噴射された燃料のうち吸気通路構成部材へ直接付着する燃料の割合（燃料付着率）である。

一方、今回の燃料噴射量ｆｉ（ｋ）の燃料のうち気筒（燃焼室）内に吸入される燃料の量は（１−Ｒ）・ｆｉ（ｋ）となり、既に付着している燃料の量（燃料付着量）ｆｗ（ｋ）のうち気筒内に吸入される燃料量は（１−Ｐ）・ｆｗ（ｋ）となる。そこで、ｆｃ（ｋ）を今回の吸気行程において燃焼室内に吸入される混合気の空燃比が所定の目標空燃比と一致するために必要な燃料量（要求燃料量）であるとすると、同混合気の空燃比を目標空燃比とするためには、下記（２）式が成立するように今回の燃料噴射量ｆｉ（ｋ）を決定すればよいことになる。

ｆｃ（ｋ）=（１−Ｒ）・ｆｉ（ｋ）+（１−Ｐ）・ｆｗ（ｋ） …（２）

したがって、実際には上記（２）式を変形した下記（３）式により今回の燃料噴射量ｆｉ（ｋ）を求めればよい。

ｆｉ（ｋ）=｛ｆｃ（ｋ）−（１−Ｐ）ｆｗ（ｋ）｝/（１−Ｒ） …（３）

ところで、燃料残留率Ｐ及び燃料付着率Ｒは燃料挙動パラメータと呼ばれるパラメータであって、機関回転数等の機関運転状態を表すパラメータ（以下、「運転状態パラメータ」という）の値によって定まる内燃機関の運転状態に応じた値が予め求められてマップにされている。そして、実際の運転においては、その時の内燃機関の運転状態に応じて上記マップに基づいて燃料挙動パラメータＰ、Ｒが求められ使用されることになる。

一方、求められる燃料噴射量の精度を維持するためには、吸排気弁へのデポジットの付着等の内燃機関の経時変化や燃料の種類の変更等に伴って、上記マップの燃料挙動パラメータＰ、Ｒの値（すなわち、マップに定められている機関運転状態と燃料挙動パラメータとの関係）を更新する必要がある。そしてこのような要求に対しては、従来より特定の運転状態（運転モード）において学習を行うようにして上記のようなマップの燃料挙動パラメータＰ、Ｒの値を更新するものがある。

しかしながら、このような場合には学習可能な運転状態が限られているため、適切な時期に学習を行うことができない可能性がある。また、過渡運転状態においては、実際には上記燃料挙動パラメータＰ、Ｒの値は変化することになるが、これらを固定値として学習している場合もあり、このような場合には精度向上のために学習を繰り返す必要があるため、迅速に精度の高い学習値を得ることが困難である。

そして、上記マップの燃料挙動パラメータＰ、Ｒの値を適切に更新することができないと、マップに基づいて求められた燃料挙動パラメータＰ、Ｒを用いて決定された燃料噴射量も不適切なものとなってしまい、その結果として内燃機関の実際の空燃比が目標空燃比から乖離し、排気ガス中の未燃成分や窒素酸化物が増大してしまうという問題が生じる恐れがある。

特許第２７５４７４４号明細書 特開平７−１３９３９３号公報 特開平７−１９７８３６号公報

本発明は上記のような問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料挙動モデルに基づいて燃料噴射量を決定する内燃機関の燃料噴射量制御装置において、機関運転状態と燃料挙動パラメータとの関係を適切に更新することによって、燃料噴射量をより適切に決定することを可能にすることである。

本発明は、上記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載された内燃機関の燃料噴射量制御装置を提供する。

１番目の発明は、内燃機関の吸気通路に噴射された燃料の挙動を機関運転状態により決定される燃料挙動パラメータを用いて表す燃料挙動モデルに基づいて燃料噴射量を決定する内燃機関の燃料噴射量制御装置であって、機関運転状態を表わす運転状態パラメータと上記燃料挙動パラメータとの関係に基づいて機関運転状態から上記燃料挙動パラメータを決定する燃料挙動パラメータ決定手段を有し、上記運転状態パラメータと上記燃料挙動パラメータとの関係は、機関が過渡運転状態となった時に実測される空燃比に基づいて更新されるようになっていて、上記運転状態パラメータと上記燃料挙動パラメータとの関係の更新は、上記実測空燃比に基づいて算出される燃料挙動パラメータの値と該燃料挙動パラメータの値の算出に用いた実測空燃比が測定された時の機関運転状態との関係に基づいて求められる燃料挙動パラメータを近似的に示す上記運転状態パラメータの一次回帰式で得られる値に基づいて行われることを特徴とする、内燃機関の燃料噴射量制御装置を提供する。

１番目の発明のようにすると、より限定的な機関運転状態においてのみ上記運転状態パラメータと上記燃料挙動パラメータとの関係の更新が行われるものに比べ、より適切な時期に迅速に上記更新を行うことが可能となる。また特に１番目の発明のようにすると、上記一次回帰式を用いることで、ノイズの影響や過渡時の挙動のばらつきの影響が緩和され点単位ではなく領域単位で学習を行うことが可能となるので、計算負荷の軽減を図りつつ燃料挙動パラメータを精度良く更新することが可能となる。そして１番目の発明によれば、このように燃料挙動パラメータの値をより適切に更新することが可能になるので、結果として燃料噴射量をより適切に決定することが可能となる。

また、１番目の発明によれば、実際の過渡運転時に、運転状態の変化に対応して時々刻々変化していく燃料挙動パラメータの値に基づいて上記更新が行われることになるため、事前適合における工数の低減を図ることができると共に求められる燃料挙動パラメータの精度向上を図ることができる。

なおここで、燃料挙動パラメータの値の算出に用いた実測空燃比が測定された時の機関運転状態とは、筒内空燃比が上記実測空燃比であったと考えられる時の機関運転状態のことを意味している。

２番目の発明では１番目の発明において、上記運転状態パラメータと上記燃料挙動パラメータとの関係の更新は、上記一次回帰式で得られる燃料挙動パラメータの値と更新前の運転状態パラメータと燃料挙動パラメータとの関係に基づいて得られる燃料挙動パラメータの値との差を求め、該差に基づいて求めた補正量だけ燃料挙動パラメータの値を変更することによって行われる。

３番目の発明では１番目または２番目の発明において、更新前の燃料挙動パラメータについて近似的に示す運転状態パラメータの一次回帰式が、該一次回帰式で得られる燃料挙動パラメータの値と更新前の運転状態パラメータと燃料挙動パラメータとの関係から得られる燃料挙動パラメータの値との差が予め定めた近似誤差未満になるように分割された機関運転状態の領域毎に求められると共に、上記実測空燃比に基づいて算出された燃料挙動パラメータの値と該燃料挙動パラメータの値の算出に用いた実測空燃比が測定された時の機関運転状態との関係に基づいて求められる上記一次回帰式が、更新前の燃料挙動パラメータについて近似的に示す上記機関運転状態の一次回帰式が求められるのと同じ機関運転状態の領域毎に求められるようになっている。
２番目及び３番目の発明によっても１番目の発明とほぼ同様の作用及び効果を得ることができる。

４番目の発明では２番目または３番目の発明において、更新前の燃料挙動パラメータについて近似的に示す上記運転状態パラメータの一次回帰式で得られる燃料挙動パラメータの値から更新前の運転状態パラメータと燃料挙動パラメータとの関係から得られる燃料挙動パラメータの値を減算した値の符号と、上記実測空燃比に基づいて算出された燃料挙動パラメータの値と該燃料挙動パラメータの値の算出に用いた実測空燃比が測定された時の機関運転状態との関係に基づいて求められる上記一次回帰式で得られる燃料挙動パラメータの値から更新前の運転状態パラメータと燃料挙動パラメータとの関係から得られる燃料挙動パラメータの値を減算した値の符号とが異なる場合には、更新前の燃料挙動パラメータについて近似的に示す上記運転状態パラメータの一次回帰式で得られる燃料挙動パラメータの値と更新前の機関運転状態と燃料挙動パラメータとの関係から得られる燃料挙動パラメータの値との差が大きい程、上記補正量の大きさが小さくなるようになっている。

４番目の発明によっても１番目から３番目の発明とほぼ同様の作用及び効果を得ることができる。また、運転状態パラメータと燃料挙動パラメータとの関係を更に適切に更新することが可能となる。すなわち、燃料挙動パラメータを更に精度良く更新することが可能となる。

５番目の発明では１番目から４番目の発明において、上記運転状態パラメータは、機関回転数と、筒内空気充填率と、吸気弁及び排気弁の少なくとも一方の開閉タイミングとを含んでいる。

５番目の発明によっても１番目から４番目の発明とほぼ同様の作用及び効果を得ることができる。なお、ここで筒内空気充填率は、一気筒の総行程容積分の空気の質量に対する筒内充填空気の質量比を百分率で表わしたものであり、１ストローク当りの吸入空気質量に比例する値である。

各請求項に記載の発明は、燃料挙動モデルに基づいて燃料噴射量を決定する内燃機関の燃料噴射量制御装置において、機関運転状態と燃料挙動パラメータとの関係を適切に更新することによって、燃料噴射量をより適切に決定することを可能にするという共通の効果を奏する。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。図１は本発明の内燃機関の燃料噴射量制御装置の一実施形態を説明するための概略構成図である。図１において、１は内燃機関本体、２は吸気弁、３は排気弁である。なお、本実施形態では吸気弁２にその開閉タイミングを変更するための開閉タイミング変更機構２１が設けられている。すなわち、本実施形態では開閉タイミング変更機構２１を作動させることにより吸気弁２の開閉タイミングを制御することができる。

また図１において、４はシリンダ（気筒）、５はシリンダ４内に形成された燃焼室、６は燃焼室５内の混合気を点火するための点火栓である。更に、７は各気筒への分岐吸気通路を構成する下流側吸気管であって、ここには吸気通路内に燃料を噴射するための燃料噴射弁８が設けられている。９はサージタンク、１１は上流側吸気管、１２は排気管である。

図１に示されているように、上記上流側吸気管１１内には吸入空気量を制御するためのスロットル弁１３が設けられている。本実施形態においては、スロットル弁１３はアクセルペダル（図示なし）の踏込み量に対応して開度が変更されるようになっている。また、上記スロットル弁１３の上流には吸入空気量を検出するためのエアフローメータ１５が設けられている。更に、本実施形態においては、機関回転数を検出するための機関回転数センサ１６、大気圧センサ１７及び大気温センサ１８が設けられている。また、上記排気管１２には空燃比を検出するための空燃比センサ２０が設けられている。

なお、他の実施形態においては更に、機関冷却水の温度を検出するための冷却水温センサ等が設けられていてもよい。また、上記大気圧センサ１７及び大気温センサ１８の代わりに、もしくはこれらに追加して、吸気圧を検出するための吸気圧センサ及び吸気温を検出するための吸気温センサが設けられていてもよい。

１９は電子制御装置（ＥＣＵ）であって、公知の形式のデジタルコンピュータから構成され、上述の各種センサからの信号に基づいて内燃機関の運転に必要な種々の演算を行なうと共に、その結果を反映して点火栓６、燃料噴射弁７、開閉タイミング変更機構２１等の作動を制御するようになっている。

ところで、本実施形態においては、燃料噴射弁８からの燃料噴射量が、以下で説明するように内燃機関の吸気通路に噴射された燃料の挙動を機関運転状態により決定される燃料挙動パラメータを用いて表す燃料挙動モデルに基づいて決定されるようになっている。この燃料挙動モデルは、燃料噴射弁から噴射された燃料の一部が吸気管の内壁面等の吸気通路を構成する部材（すなわち、吸気通路構成部材）へ付着してしまうことを考慮して構築されたものである。なお、この燃料挙動モデル自体については従来より公知のものであるので、ここでは簡単に説明する。

すなわち、本実施形態で用いられている燃料挙動モデルは図２に示されたようなものであって、この燃料挙動モデルによれば、ｋを計算サイクル数（ｋ＝１、２、３…）として、燃料量ｆｉ（ｋ）の燃料噴射が行なわれた後の燃料付着量ｆｗ（ｋ＋１）は、下記（４）式により求められる。

ｆｗ（ｋ＋１）=Ｒ・ｆｉ（ｋ）+Ｐ・ｆｗ（ｋ） …（４）

上記（４）式において、ｆｗ（ｋ）は燃料量ｆｉ（ｋ）の燃料噴射を行なう前の燃料付着量、Ｐ、Ｒは燃料挙動パラメータであって、Ｐは吸気通路構成部材に既に付着していた燃料のうち一吸気行程を経た後に同吸気通路構成部材に付着したまま残留している燃料の割合（燃料残留率）、Ｒは噴射された燃料のうち吸気通路構成部材へ直接付着する燃料の割合（燃料付着率）である。

一方、今回の燃料噴射量ｆｉ（ｋ）の燃料のうち燃焼室５内に吸入される燃料の量は（１−Ｒ）・ｆｉ（ｋ）となり、既に付着している燃料の量（燃料付着量）ｆｗ（ｋ）のうち気筒内に吸入される燃料量は（１−Ｐ）・ｆｗ（ｋ）となる。そこで、ｆｃ（ｋ）を今回の吸気行程において燃焼室５内に吸入される混合気の空燃比が所定の目標空燃比と一致するために必要な燃料量（要求燃料量）とすると、同混合気の空燃比を目標空燃比とするためには、下記（５）式が成立するように今回の燃料噴射量ｆｉ（ｋ）を決定すればよいことになる。

ｆｃ（ｋ）=（１−Ｒ）・ｆｉ（ｋ）+（１−Ｐ）・ｆｗ（ｋ） …（５）

すなわち、この（５）式を変形した以下の（６）式により今回の燃料噴射量ｆｉ（ｋ）（すなわち、燃焼室５内における混合気の空燃比を目標空燃比と一致させるのに必要な燃料噴射量）を求めることができる。

ｆｉ（ｋ）=｛ｆｃ（ｋ）−（１−Ｐ）ｆｗ（ｋ）｝/（１−Ｒ） …（６）

ここで、上記要求燃料量ｆｃ（ｋ）については、先ず現在のスロットル弁開度、機関回転数及びエアフローメータ１５により検出される吸入空気量（あるいは吸入空気流量）等から今回の吸気行程において燃焼室５内に吸入される空気の量（筒内充填空気量）を推定し、次いでその推定された空気量との関係で目標空燃比を実現する燃料量を算出することで求めることができる。なお、上記燃焼室５内に吸入される空気の量（筒内充填空気量）の推定は公知のモデルを用いた手法によって行ってもよい。

一方、上記（６）式で使用される燃料挙動パラメータＰ、Ｒについては、機関運転状態と上記燃料挙動パラメータＰ、Ｒのそれぞれとの関係が予め求められてＥＣＵ１９に記憶されており、実際の運転においては、その予め求められた関係に基づいて上記燃料挙動パラメータＰ、Ｒが決定されるようになっている。

より詳細には、本実施形態では上記燃料挙動パラメータＰ、Ｒを決定するための機関運転状態が３つの運転状態パラメータ、すなわち機関回転数ＮＥ、筒内空気充填率ＫＬ、吸気弁２の開閉タイミングＶＶＴによって定まるようになっている。すなわち、本実施形態では上記燃料挙動パラメータＰ、Ｒのそれぞれを求めるためのマップが機関回転数ＮＥ、筒内空気充填率ＫＬ、吸気弁２の開閉タイミングＶＶＴを引数として予め作成されてＥＣＵ１９に記憶されている。そして、実際の運転においては、その時の機関回転数ＮＥ、筒内空気充填率ＫＬ、吸気弁２の開閉タイミングＶＶＴに応じて上記マップに基づいて燃料挙動パラメータＰ、Ｒがそれぞれ決定されるようになっている。

ところで、上記のようにマップを用いて燃料挙動パラメータＰ、Ｒを決定する場合、求められる燃料噴射量ｆｉ（ｋ）の精度を維持するためには、吸排気弁へのデポジットの付着等の内燃機関の経時変化や燃料の種類の変更等に伴って、上記マップの燃料挙動パラメータＰ、Ｒの値（すなわち、マップに定められている機関運転状態と燃料挙動パラメータとの関係）を更新する必要がある。

このような要求に対しては、従来より特定の運転状態（運転モード）において学習を行うようにして上記のようなマップの燃料挙動パラメータＰ、Ｒの値を更新するものがあるが、このような場合には学習可能な運転状態が限られているため、適切な時期に学習を行うことができない可能性がある。また、過渡運転状態においては、実際には上記燃料挙動パラメータＰ、Ｒの値は変化することになるが、これらを固定値として学習している場合もあり、このような場合には精度向上のために学習を繰り返す必要があるため、迅速に精度の高い学習値を得ることが困難である。

そして、上記マップの燃料挙動パラメータＰ、Ｒの値を適切に更新することができないと、マップに基づいて求められた燃料挙動パラメータＰ、Ｒを用いて決定された燃料噴射量ｆｉ（ｋ）も不適切なものとなってしまい、その結果として内燃機関の実際の空燃比が目標空燃比から乖離し、排気ガス中の未燃成分や窒素酸化物が増大してしまうという問題が生じる恐れがある。

そこで本実施形態では、上記のような点に鑑み、以下で説明するような制御を行って、上記マップの燃料挙動パラメータＰ、Ｒの値（すなわち、マップに定められている機関運転状態と燃料挙動パラメータとの関係）を適切に更新するようにし、燃料噴射量をより適切に決定できるようにしている。なお、以下では燃料挙動パラメータＰ、Ｒについてまとめて説明するが、以下の制御は燃料挙動パラメータＰ、Ｒのぞれぞれについて実施される。

図３は本実施形態で実施されるマップ更新制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンはＥＣＵ１９により一定時間毎の割込みによって実施される。この制御ルーチンがスタートすると、まず、ステップ１０１において内燃機関の運転状態が過渡状態となったか否かを判定する過渡判定が実施される。この過渡判定は種々の方法で実施することができるが、本実施形態ではスロットル弁１３の開度の変化率が予め定めた基準変化率以上となった場合に内燃機関の運転状態が過渡状態になったと判定するようになっている。

ステップ１０１において内燃機関の運転状態が過渡状態になっていないと判定された場合には本制御ルーチンは終了する。一方、ステップ１０１において内燃機関の運転状態が過渡状態になったと判定された場合にはステップ１０３に進む。ステップ１０３においては、今回の過渡運転状態において使用される可能性のある機関運転状態の範囲（過渡運転領域）が推定される。なお、上述したように本実施形態において機関運転状態は機関回転数ＮＥ、筒内空気充填率ＫＬ、吸気弁２の開閉タイミングＶＶＴによって定まるようになっているので、上記過渡運転領域はこれら機関回転数ＮＥ、筒内空気充填率ＫＬ、開閉タイミングＶＶＴの各範囲で表わすことができる。

すなわち例えば、機関回転数ＮＥとスロットル弁の開度またはスロットル弁の開度の変化率等から今回の過渡運転後の定常運転時における機関発生トルクである要求トルクＴＱｒが求められ、その要求トルクＴＱｒを実現するまでに取り得る運転状態が推定される。

図４は、このような過渡運転領域の推定を行った場合の一例について示した図である。この図は横軸を機関回転数ＮＥ、縦軸を機関発生トルクＴＱとして表わされており、図中の直線ＫＬ１、ＫＬ２、ＫＬ３はそれぞれ筒内空気充填率ＫＬがＫＬ１、ＫＬ２、ＫＬ３（ＫＬ１＜ＫＬ２＜ＫＬ３）となる点を結んだものである。この図の例は、機関回転数ＮＥがＮＥｃ、筒内空気充填率ＫＬがＫＬ１の状態から過渡運転が開始され、機関発生トルクＴＱがＴＱｃから要求トルクＴＱｒまで変化すると推定される場合のものであり、図中、斜線で示される部分が推定される過渡運転領域である。

なお、機関運転状態を表わす運転状態パラメータの一つである吸気弁２の開閉タイミングＶＶＴについては、機関回転数ＮＥと筒内空気充填率ＫＬが決定されると燃費上最適となる開閉タイミングが一意に決定されるので、この図に示された過渡運転領域に対応させて求めることができる。またここで、機関回転数ＮＥの範囲の推定は、坂道の上り下り等の機関回転数ＮＥに影響を与える要素を考慮して行うようにしてもよい。

ステップ１０３において上記過渡運転領域の推定が行われるとステップ１０５に進む。ステップ１０５では、更新前の現在のマップ（現マップ）における燃料挙動パラメータＰ、Ｒの値を近似的に示す上記運転状態パラメータの一次回帰式が求められる。本実施形態では、この一次回帰式はステップ１０３で推定された過渡運転領域について求められる。そしてより詳細には、この一次回帰式は同一次回帰式で得られる燃料挙動パラメータＰ、Ｒの値と上記現マップから得られる燃料挙動パラメータＰ、Ｒの値との差ＫＥが予め定めた近似誤差ＫＥｃ未満になるように分割された機関運転状態の領域毎に（すなわち、上記過渡運転領域内の分割された機関運転状態の領域毎に）求められる。したがって、この一次回帰式が複数求められる場合もある。また、このステップ１０５においては、上記一次回帰式で得られる燃料挙動パラメータＰ、Ｒの値から上記現マップより得られる燃料挙動パラメータＰ、Ｒの値を減算した値ΔＫＥ（ここで｜ΔＫＥ｜＝ＫＥ）が求められる。

図５は上記一次回帰式を求める方法の一例を示すフローチャートである。すなわち、この方法ではまずステップ２０１において上記過渡運転領域の全体に対する一次回帰式が求められる。そして続くステップ２０３において上記一次回帰式の近似誤差ＫＥが求められる。そしてステップ２０５においては、ステップ２０３で求められた上記近似誤差ＫＥのうちの最大値ＫＥｍａｘが予め定めた近似誤差ＫＥｃ未満であるか否かが判定される。

ステップ２０５において上記近似誤差ＫＥの最大値ＫＥｍａｘが予め定めた近似誤差ＫＥｃ未満であると判定された場合には制御が終了し、上記近似誤差ＫＥの最大値ＫＥｍａｘが予め定めた近似誤差ＫＥｃ以上であると判定された場合にはステップ２０７に進む。ステップ２０７では先に求めた一次回帰式で対象としていた運転領域の一方の端部の基準点を領域から外し、残りの部分に対する一次回帰式が求められる。なおここで基準点とは上記過渡運転領域内に予め一定間隔で設定される点であり、例えばマップ作成時の計測点とされ得る。

続くステップ２０９においてステップ２０７で求めた一次回帰式の近似誤差ＫＥが求められる。そしてステップ２１１においてステップ２０９で求められた上記近似誤差ＫＥのうちの最大値ＫＥｍａｘが予め定めた近似誤差ＫＥｃ未満であるか否かが判定される。

ステップ２１１において上記近似誤差ＫＥの最大値ＫＥｍａｘが予め定めた近似誤差ＫＥｃ未満であると判定された場合には制御が終了し、上記近似誤差ＫＥの最大値ＫＥｍａｘが予め定めた近似誤差ＫＥｃ以上であると判定された場合にはステップ２１３に進む。ステップ２１３では先に求めた一次回帰式で対象としていた運転領域の他方の端部の基準点を領域から外し、残りの部分に対する一次回帰式が求められる。ステップ２１３に続いてはステップ２０３に進み、そこからの制御が繰り返される。

なお、この方法においては、ステップ２０７やステップ２１３で領域の端部の基準点が外される毎に、対象から外される運転領域に対する一次回帰式が求められるようになっている。したがって、この方法によれば、上記過渡運転領域の両端から領域が分割され、それぞれの領域に対して一次回帰式が求められていく。

図６はこのような方法で上記一次回帰式を求めた場合の一例について示した図である。なお、図６は、理解を容易にするために、燃料挙動パラメータＰと機関回転数ＮＥとの関係のみに関して示されている。図６中、点線Ｍｒで示されているのが現マップであり、点ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆが基準点である。また、一点鎖線で示されているのが全過渡運転領域Ｈｓに対する一次回帰式で表わされる直線である。そして実線で示されているのが上述したような方法で求めた一次回帰式で表される直線であり、この例では上記運転領域Ｈｓが３つの領域ｈａ、ｈｂ、ｈｃに分割され、３つの一次回帰式が求められている。

なお、ステップ１０５において現マップにおける燃料挙動パラメータＰ、Ｒの値を近似的に示す上記運転状態パラメータの一次回帰式を求める方法は、上述したもの以外にも種々の方法が可能である。すなわち例えば、上記過渡運転領域の一方の端部のみから領域が分割され、それぞれの領域に対して一次回帰式が求められていくようにしてもよい。あるいは、まず上記過渡運転領域の一方の端部から予め定めた程度まで領域が分割されてそれぞれの領域に対して一次回帰式が求められた後、今度は上記過渡運転領域の他方の端部から領域が分割されてそれぞれの領域に対して一次回帰式が求められていくようにしてもよい。また、上記領域の分割を行うか否かの判定の基準についても、一次回帰式の対象となっている領域内の上記基準点における上記近似誤差ＫＥの合計値を基準とし、同合計値が予め定めた基準合計値以上である時に領域の分割を行うようにしてもよい。

ステップ１０５に続いてはステップ１０７に進む。ステップ１０７においては上記空燃比センサ２０により実測された空燃比ＡＦに基づいて燃料挙動パラメータＰ、Ｒの値が算出される。すなわち、下記（７）式と上記（４）式及び（５）式とを用いて燃料挙動パラメータＰ、Ｒの値が算出される。

ｆｃ（ｋ）＝Ｍｃ（ｋ）／ＡＦ（ｋ） …（７）

ここで上記（７）式は空燃比の定義式を変形したものであり、ｆｃ（ｋ）は先の説明では要求燃料量であったが、これはすなわち筒内に吸入される燃料量である。また、Ｍｃ（ｋ）は筒内充填空気量であり、ＡＦ（ｋ）は空燃比である。そして上述したように筒内充填空気量Ｍｃ（ｋ）は推定が可能であるので空燃比ＡＦ（ｋ）を実測することで筒内吸入燃料量ｆｃ（ｋ）を求めることができる。

そして本実施形態ではステップ１０１において内燃機関の運転状態が過渡状態となったと判定された時から一定の制御インターバルでその時の空燃比ＡＦ（ｋ）が実測されると共に筒内充填空気量Ｍｃ（ｋ）が推定され、上記（７）式によりｆｃ（ｋ）が求められるようになっている。またそれと同時にその時の上記（４）式及び（５）式が求められるようになっている。なお本実施形態ではこのような制御が内燃機関の運転状態が過渡状態となったと判定された時にｋ＝１から開始され、定常状態になるまで実施されるようになっており、その点でここではｋは過渡状態が継続している間の計算サイクル数を表していると言える。そして、本実施形態では上記のようにして求めた式に基づいて燃料挙動パラメータＰ、Ｒが求められる。

より具体的には、上記過渡状態継続計算サイクル数ｋ＝ｎ（ｎ≧３）となる時に対応する燃料挙動パラメータＰ、Ｒは、以下の連立方程式（８）〜（１２）式を解くことにより求められる。

ｆｃ（ｎ−２）=（１−Ｒ）・ｆｉ（ｎ−２）+（１−Ｐ）・ｆｗ（ｎ−２）…（８）
ｆｗ（ｎ−１）=Ｒ・ｆｉ（ｎ−２）+Ｐ・ｆｗ（ｎ−２） …（９）
ｆｃ（ｎ−１）=（１−Ｒ）・ｆｉ（ｎ−１）+（１−Ｐ）・ｆｗ（ｎ−１）…（１０）
ｆｗ（ｎ）=Ｒ・ｆｉ（ｎ−１）+Ｐ・ｆｗ（ｎ−１） …（１１）
ｆｃ（ｎ）=（１−Ｒ）・ｆｉ（ｎ）+（１−Ｐ）・ｆｗ（ｎ） …（１２）

すなわち、これらの式における未知数は燃料挙動パラメータＰ、Ｒ、並びに燃料付着量ｆｗ（ｎ−２）、ｆｗ（ｎ−１）、ｆｗ（ｎ）であるのでこの連立方程式は解くことでき、それによって燃料挙動パラメータＰ、Ｒを求めることができる。そして、本実施形態ではこのようにして燃料挙動パラメータＰ、Ｒが逐次求められ、その時の機関運転状態を表す運転状態パラメータの値（例えば、燃料噴射量ｆｉ（ｎ）を求める時に現マップにより燃料挙動パラメータＰ、Ｒを求めた時の機関運転状態を表す運転状態パラメータの値）と対応して記憶されるようになっている。

なお、以上の説明からも明らかであるが、この方法によって燃料挙動パラメータＰ、Ｒを求めるためには上記ｎが３以上であること、すなわち内燃機関の運転の過渡状態が継続し上記過渡状態継続計算サイクル数ｋが３以上となることが必要である。また、本実施形態では、上記過渡状態継続計算サイクル数ｋに応じて信頼度係数ＲＫが設定されている。具体的には本実施形態において信頼度係数ＲＫはｋ＝３の時に０．８、ｋ＝４の時に０．８５、ｋ＝５の時に０．９、ｋ＝６の時に０．９５、ｋ≧７の時に１．０に設定されている。

ステップ１０７において以上の説明のようにして実測された空燃比ＡＦに基づいて燃料挙動パラメータＰ、Ｒの値が算出されると、次にステップ１０９に進む。ステップ１０９においては、ステップ１０７で求められた燃料挙動パラメータＰ、Ｒの値とそれに対応する運転状態パラメータの値との関係に基づいて燃料挙動パラメータを近似的に示す上記運転状態パラメータの一次回帰式が求められる。なお、本実施形態ではこの一次回帰式は、ステップ１０５において現マップにおける燃料挙動パラメータＰ、Ｒの値を近似的に示す運転状態パラメータの一次回帰式が求められたのと同じ機関運転状態の領域毎に求められる。すなわち例えば図６に示された例の場合では、３つの領域ｈａ、ｈｂ、ｈｃにおいてそれぞれ一次回帰式が求められる。

そしてステップ１０９においてステップ１０７で求められた燃料挙動パラメータＰ、Ｒの値とそれに対応する運転状態パラメータの値との関係に基づいて燃料挙動パラメータＰ、Ｒを近似的に示す上記運転状態パラメータの一次回帰式が求められるとステップ１１１に進む。ステップ１１１では、ステップ１０９で求められた一次回帰式より得られる燃料挙動パラメータＰ、Ｒの値Ｐｒｋ、Ｒｒｋから上記現マップより得られる燃料挙動パラメータＰ、Ｒの値Ｐｃｍ、Ｒｃｍを減算してベース補正量Ｂｃｐ、Ｂｃｒが求められる（Ｂｃｐ＝Ｐｒｋ−Ｐｃｍ、Ｂｃｒ＝Ｒｒｋ−Ｒｃｍ）。なお本実施形態では、このベース補正量Ｂｃｐ、Ｂｃｒの算出は、ステップ１０７において燃料挙動パラメータＰ、Ｒが算出された機関運転状態に対して行われる。

ステップ１１１においてベース補正量Ｂｃｐ、Ｂｃｒが求められるとステップ１１３に進む。ステップ１１３においては、ステップ１１１で求められたベース補正量Ｂｃｐ、Ｂｃｒに基づいて最終補正量Ｅｃｐ、Ｅｃｒが求められる。本実施形態においてこれら最終補正量Ｅｃｐ、Ｅｃｒは以下の式により算出される。

Ｅｃｐ＝Ｂｃｐ×Ｈｒ×ＲＫ …（１３）
Ｅｃｒ＝Ｂｃｒ×Ｈｒ×ＲＫ …（１４）

ここでＨｒは反映率であり、その機関運転状態についてステップ１０５で求められた値ΔＫＥの符号とステップ１１１で求められたベース補正量Ｂｃｐ、Ｂｃｒの符号とが一致している場合には１とされ、これらの符号が一致していない場合には図７に示したようなマップによって決定される。また、ＲＫはステップ１０７において設定された信頼度係数であり、ステップ１０７においてその機関運転状態で燃料挙動パラメータＰ、Ｒの値を求めた時の信頼度係数ＲＫの値が代入される。

ステップ１１３において最終補正量Ｅｃｐ、Ｅｃｒが求められるとステップ１１５に進み、上記最終補正量Ｅｃｐ、Ｅｃｒを用いて燃料挙動パラメータＰ、Ｒのマップが更新される。すなわち、まず上記最終補正量Ｅｃｐ、Ｅｃｒが対応する機関運転状態に対して現マップから得られる燃料挙動パラメータＰ、Ｒの値に加算され、更新後のマップ上の点が求められる。そしてこれらに基づいてこれらの間の部分が補間され更新後のマップが求められる。ステップ１１５でマップが更新されると制御が終了する。

図８は、以上の説明のようにして燃料挙動パラメータのマップを更新する場合の一例について示した図である。なお、図８は、理解を容易にするために、燃料挙動パラメータＰと機関回転数ＮＥとの関係のみに関して示されている。図８中、点線Ｍｒで示されているのが現マップであり、実線Ｋｍｒで示されているのがステップ１０５で求められる一次回帰式で表される直線を示している。また、×印のプロットがステップ１０７で求められる燃料挙動パラメータＰの値を示しており、一点鎖線Ｋｓがステップ１０９で求められる一次回帰式で表される直線を示している。そして●印のプロットが上記最終補正量Ｅｃｐを現マップから得られる燃料挙動パラメータＰの値に加算して得られる更新後のマップ上の点であり、実線Ｍｓがこれら更新後のマップ上の点に基づいて求められる更新後のマップを示している。

以上のように本実施形態では機関が過渡運転状態となった場合に燃料挙動パラメータＰ、Ｒのマップが更新されるので、より限定的な機関運転状態においてのみ上記マップの更新が行われるものに比べ、より適切な時期に迅速に上記マップの更新を行うことができ、燃料噴射量をより適切に決定することが可能となる。すなわち、本実施形態によれば、燃料挙動パラメータＰ、Ｒの値をより適切に更新することが可能となり、その結果燃料噴射量をより適切に決定することが可能となる。また、本実施形態によれば、実際の過渡運転時に、運転状態の変化に対応して時々刻々変化していく燃料挙動パラメータＰ、Ｒの値に基づいて上記更新が行われることになるため、事前適合における工数の低減を図ることができると共に求められる燃料挙動パラメータＰ、Ｒの精度向上を図ることができる。

なお、本実施形態において機関運転状態の領域を分割して一次回帰式による近似を用いるのは、上記制御において演算精度を維持しつつ計算負荷の軽減を図るためである。また特に、上記制御において、ステップ１０９で求められる実測空燃比に基づいて算出した燃料挙動パラメータＰ、Ｒの値を近似的に示す一次回帰式を用いることで、ノイズの影響や過渡時の挙動のばらつきの影響が緩和され点単位ではなく領域単位で学習を行うことが可能となるので、より適切に燃料挙動パラメータＰ、Ｒのマップを更新することができる。なお、一次回帰式は最小二乗法等の公知の方法で求められる。

また、以上の実施形態の説明では、ステップ１０３において、今回の過渡運転状態において使用される可能性のある機関運転状態の範囲（過渡運転領域）が推定され、ステップ１０５において、この過渡運転領域について更新前の現在のマップ（現マップ）における燃料挙動パラメータＰ、Ｒの値を近似的に示す運転状態パラメータの一次回帰式が求められたが、他の実施形態では事前に全運転領域について上記ステップ１０５で実施されるような制御を行って上記のような一次回帰式を求めておくようにしてもよい。なお、この場合、更新された部分についてはその都度一次回帰式を求めておくようにしてもよい。

また、以上の実施形態の説明では、運転状態パラメータとして、機関回転数と、筒内空気充填率と、吸気弁の開閉タイミングが用いられていたが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、例えば吸気弁の開閉タイミングの代わりに、もしくはそれに加えて、排気弁の開閉タイミングを用いるようにしてもよい。あるいは、更に別の運転状態パラメータ（例えば吸気圧等）を加えるようにしてもよい。

ところで、以上では燃料挙動モデルとして燃料の付着部分を特に区別しないものを例にとって説明したが、本発明は燃料挙動モデルとして燃料の付着部分を吸気バルブとそれ以外の部分に分けたものにも適用することができる。これまでの説明から明らかであると思われるので詳細な説明は省略するが、この場合についても以上で説明した実施形態の場合とほぼ同様にして燃料挙動パラメータのマップの更新を行うことができる。

なお、この場合、上述した実施形態のステップ１０７に相当する制御において、実測された空燃比ＡＦに基づいて燃料挙動パラメータの値を算出する際には、下記式（１５）から（１８）が用いられる。

ｆｃ（ｋ）＝Ｍｃ（ｋ）／ＡＦ（ｋ） …（１５）
ｆｘｗ（ｋ＋１）=Ｒｘ・ｆｉ（ｋ）+Ｐｘ・ｆｘｗ（ｋ） …（１６）
ｆｖｗ（ｋ＋１）=Ｒｖ・ｆｉ（ｋ）+Ｐｖ・ｆｖｗ（ｋ） …（１７）
ｆｃ（ｋ）=（１−Ｒｘ−Ｒｖ）・ｆｉ（ｋ）+（１−Ｐｘ）・ｆｘｗ（ｋ）
+（１−Ｐｖ）・ｆｖｗ（ｋ） …（１８）

ここでｆｘｗ（ｋ＋１）は燃料量ｆｉ（ｋ）の燃料噴射が行なわれた後の吸気バルブ以外の吸気通路構成部材への燃料付着量、ｆｘｗ（ｋ）は燃料量ｆｉ（ｋ）の燃料噴射を行なう前の吸気バルブ以外の吸気通路構成部材への燃料付着量、Ｐｘは吸気バルブ以外の吸気通路構成部材に既に付着していた燃料のうち一吸気行程を経た後に付着したまま残留している燃料の割合、Ｒｘは噴射された燃料のうち吸気バルブ以外の吸気通路構成部材へ直接付着する燃料の割合である。

また、ｆｖｗ（ｋ＋１）は燃料量ｆｉ（ｋ）の燃料噴射が行なわれた後の吸気バルブへの燃料付着量、ｆｖｗ（ｋ）は燃料量ｆｉ（ｋ）の燃料噴射を行なう前の吸気バルブへの燃料付着量、Ｐｖは吸気バルブに既に付着していた燃料のうち一吸気行程を経た後に付着したまま残留している燃料の割合、Ｒｖは噴射された燃料のうち吸気バルブへ直接付着する燃料の割合である。

すなわち、上述した実施形態のステップ１０７に相当する制御においては、上記式（１５）から（１８）に基づいて連立方程式が立てられ、燃料挙動パラメータである上記Ｐｘ、Ｒｘ、Ｐｖ、Ｒｖと、燃料付着量である上記ｆｘｗ、ｆｖｗが逐次求められ、その時の機関運転状態を表す運転状態パラメータの値と対応して記憶される。なお、上記式（１５）から（１８）を用いた計算において、燃料付着率であるＲｘとＲｖの分配率を機関運転状態に応じて予め設定しておき、それを利用してＲｖを消去するようにしてもよい。すなわち例えば、上記燃料付着率の分配率をＲｘ：Ｒｖ＝αｘ：αｖとすると、Ｒｖ＝（αｖ／αｘ）Ｒｘを代入することでＲｖを消去することができる。

図１は本発明の内燃機関の燃料噴射量制御装置の一実施形態を説明するための概略構成図である。 図２は燃料挙動モデルを説明するための図である。 図３は本発明の一実施形態で実施されるマップ更新制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。 図４は過渡運転領域の推定を行った場合の一例について示した図である。 図５は、図３のフローチャートのステップ１０５における制御について説明するための図であって、一次回帰式を求める方法の一例を示すフローチャートである。 図６は図５のフローチャートに示される方法で一次回帰式を求めた場合の一例について示した図である。 図７は反映率Ｈｒを求めるためのマップを示す図である。 図８は本発明の一実施形態において燃料挙動パラメータのマップを更新する場合の一例について示した図である。

符号の説明

１ 内燃機関本体
２ 吸気弁
３ 排気弁
４ シリンダ（気筒）
５ 燃焼室
６ 点火栓
７ 下流側吸気管
８ 燃料噴射弁
１１ 上流側吸気管
１２ 排気管
１３ スロットル弁
１５ エアフローメータ
１６ 機関回転数センサ
１７ 大気圧センサ
１８ 大気温センサ
１９ 電子制御装置（ＥＣＵ）
２０ 空燃比センサ
２１ 開閉タイミング変更機構

Claims (5)

1. 内燃機関の吸気通路に噴射された燃料の挙動を機関運転状態により決定される燃料挙動パラメータを用いて表す燃料挙動モデルに基づいて燃料噴射量を決定する内燃機関の燃料噴射量制御装置であって、
   機関運転状態を表わす運転状態パラメータと上記燃料挙動パラメータとの関係に基づいて機関運転状態から上記燃料挙動パラメータを決定する燃料挙動パラメータ決定手段を有し、上記運転状態パラメータと上記燃料挙動パラメータとの関係は、機関が過渡運転状態となった時に実測される空燃比に基づいて更新されるようになっていて、
   上記運転状態パラメータと上記燃料挙動パラメータとの関係の更新は、上記実測空燃比に基づいて算出される燃料挙動パラメータの値と該燃料挙動パラメータの値の算出に用いた実測空燃比が測定された時の機関運転状態との関係に基づいて求められる燃料挙動パラメータを近似的に示す上記運転状態パラメータの一次回帰式で得られる値に基づいて行われることを特徴とする、内燃機関の燃料噴射量制御装置。
2. 上記運転状態パラメータと上記燃料挙動パラメータとの関係の更新は、上記一次回帰式で得られる燃料挙動パラメータの値と更新前の運転状態パラメータと燃料挙動パラメータとの関係に基づいて得られる燃料挙動パラメータの値との差を求め、該差に基づいて求めた補正量だけ燃料挙動パラメータの値を変更することによって行われ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。
3. 更新前の燃料挙動パラメータについて近似的に示す運転状態パラメータの一次回帰式が、該一次回帰式で得られる燃料挙動パラメータの値と更新前の運転状態パラメータと燃料挙動パラメータとの関係から得られる燃料挙動パラメータの値との差が予め定めた近似誤差未満になるように分割された機関運転状態の領域毎に求められると共に、
   上記実測空燃比に基づいて算出された燃料挙動パラメータの値と該燃料挙動パラメータの値の算出に用いた実測空燃比が測定された時の機関運転状態との関係に基づいて求められる上記一次回帰式が、更新前の燃料挙動パラメータについて近似的に示す上記機関運転状態の一次回帰式が求められるのと同じ機関運転状態の領域毎に求められることを特徴とする、請求項１または２に記載の内燃機関の燃料噴射量制御装置。
4. 更新前の燃料挙動パラメータについて近似的に示す上記運転状態パラメータの一次回帰式で得られる燃料挙動パラメータの値から更新前の運転状態パラメータと燃料挙動パラメータとの関係から得られる燃料挙動パラメータの値を減算した値の符号と、上記実測空燃比に基づいて算出された燃料挙動パラメータの値と該燃料挙動パラメータの値の算出に用いた実測空燃比が測定された時の機関運転状態との関係に基づいて求められる上記一次回帰式で得られる燃料挙動パラメータの値から更新前の運転状態パラメータと燃料挙動パラメータとの関係から得られる燃料挙動パラメータの値を減算した値の符号とが異なる場合には、更新前の燃料挙動パラメータについて近似的に示す上記運転状態パラメータの一次回帰式で得られる燃料挙動パラメータの値と更新前の機関運転状態と燃料挙動パラメータとの関係から得られる燃料挙動パラメータの値との差が大きい程、上記補正量の大きさが小さくなるようになっている、請求項２または３に記載の内燃機関の燃料噴射量制御装置。
5. 上記運転状態パラメータは、機関回転数と、筒内空気充填率と、吸気弁及び排気弁の少なくとも一方の開閉タイミングとを含んでいる、請求項１から４の何れか一項に記載の内燃機関の燃料噴射量制御装置。

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