JP2009121348A - エンジンの燃料噴射制御方法及びその燃料噴射制御装置 - Google Patents

エンジンの燃料噴射制御方法及びその燃料噴射制御装置 Download PDF

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Abstract

【課題】エンジンの燃料噴射制御について、あらゆる運転状態に対応して目標エンジン回転速度を維持する燃料噴射時間を遅れることなく決定するものとして、良好なエンジン運転性を確保できるようにする。
【解決手段】検知した吸気管圧力値及びエンジン回転速度のデータを使用して所定の算出方法で吸入空気流量を推定しこの吸入空気流量及び目標エンジン回転速度に対する偏差を用い所定の算出方法で燃料噴射時間を決定しインジェクタ駆動信号を出力して行われる、燃料噴射制御装置としての電子制御ユニット４０による目標エンジン回転速度を維持するためのエンジンの燃料噴射制御方法において、その燃料噴射時間を所定の算出方法で求めた基本噴射時間に、所定の算出方法で求めたバッテリー電圧変動補正時間及び目標エンジン回転速度に対する実エンジン回転速度の偏差を補正する過渡補正噴射時間を加えて求める。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの燃料噴射制御方法及びその燃料噴射制御装置に関し、殊に、検知したデータを基に所定の計算方法により燃料噴射時間を決定して、目標とするエンジン回転速度を維持させるためのエンジンの燃料噴射制御方法及びこれを実行する燃料噴射制御装置に関する。
汎用エンジン等、比較的小型で簡易な構成を有するエンジンの空燃比制御において、その燃料噴射時間はエンジン回転速度と吸気管圧力等の値に基づいて予め実験的に求められた吸入空気流量のマップデータから読み出すことで決定されるのが一般的である。しかし、これら検出値間には一定の相関性がないために各パラメータに対する補正量をマップとしてメモリに記憶しておく必要があり、また、エンジンシステムには非線形要素が多数存在することから、このようにマップを使用して空燃比制御及びエンジン回転速度制御を的確に実行することは実際には困難である。
これに対し、本願発明者・出願人らは、先に特開２００５−１４００６３号公報において、エンジン回転速度と吸気管圧力の値に基づいて所定の計算式によりマップを用いることなく吸入空気流量を推定し、その吸入空気流量から燃料噴射時間を決定して燃料噴射制御を実行することにより、空燃比及びエンジン回転速度の制御を行うことを提案した。また、これらのデータに加え吸入空気温度のデータを使用して、さらに精密な吸入空気流量を推定する手法も知られている。
このように、エンジン回転速度と吸気管圧力の物理的関係について実験的検証に基づいて所定の数式を導出することにより、逐次吸入空気流量を推定しながら空燃比及びエンジン回転速度の制御を行うことを可能にしている。しかしながら、このときの吸入空気流量の制御はスロットルバルブを開閉制御する電子ガバナで通常行われているところ、そのスロットルバルブ下流側に吸入空気が送られることで発生した負圧（吸気管圧力）と目標エンジン回転速度とで燃料噴射時間を決定している関係で、燃料噴射制御が電子ガバナによる制御に遅れることになる。
そのため、吸入空気流量と燃料の吸入が時々刻々と変化するような過渡運転時においては、吸入空気流量に対し燃料噴射量の制御が遅れることにより目標エンジン回転速度に対する過渡応答に悪影響を及ぼすことがあり、エンジン回転速度が目標回転速度に収束するのに長い時間を要したり収束精度が悪化したりして、エンジン運転性が損なわれてしまうことが問題となっている。
特開２００５−１４００６３号公報
本発明は、上記のような問題点を解決しようとするものであり、エンジンの燃料噴射制御について、あらゆる運転状態に対応して目標エンジン回転速度を維持する燃料噴射時間を遅れることなく決定するものとして、良好なエンジン運転性を確保できるようにすることを課題とする。
そこで、本発明は、検知した吸気管圧力値及びエンジン回転速度のデータを使用して所定の算出方法で吸入空気流量を推定し、この吸入空気流量及び目標エンジン回転速度に対する実エンジン回転速度の偏差を用い所定の算出方法で燃料噴射時間を決定しインジェクタ駆動信号を出力して行われる、燃料噴射制御装置による目標エンジン回転速度を維持するためのエンジンの燃料噴射制御方法において、その燃料噴射時間を、所定の算出方法で求めた基本噴射時間に、所定の算出方法で求めたバッテリー電圧変動補正時間及び目標エンジン回転速度に対する実エンジン回転速度の偏差を補正する過渡補正噴射時間を加えることにより求める、ことを特徴とする。
このように、実エンジン回転速度と目標エンジン回転速度との偏差及び所定の数式で推定した吸入空気流量を使用して、各々所定の数式で算出した基本噴射量、バッテリー電圧変動時間（無効噴射パルス）、過渡補正噴射時間（過渡補正パルス）の和を求めて最終燃料噴射時間を決定するモデルベース制御を実行するものとしたことにより、数式及び過渡補正のみで決定して制御の遅れを解消しながら目標エンジン回転速度を精度良く維持することができる。
また、この燃料噴射制御方法において、その燃料噴射時間の算出に使用する過渡補正噴射時間が、以下の数式１を使用して算出されるものとすれば、過渡補正要素により過渡運転時を含むあらゆる運転状態に対応するものとして目標エンジン回転速度を精度高く維持しやすい。
Figure 2009121348
 （但し、Tuは過渡補正時間、e(t)は目標エンジン回転速度に対する実エンジン回転速度の偏差、k1〜k4は制御パラメータ、sf1〜sf3は制御パラメータ）
さらに、上述した燃料噴射制御方法において、その燃料噴射時間の算出に使用するバッテリー電圧変動補正時間が、以下の数式２、数式３を使用して算出することによにすれば、高精度なエンジン回転速度制御を実現しやすい。
Figure 2009121348
 （但し、Tsはバッテリー電圧変動補正時間、sf1〜sf3は制御パラメータ）
Figure 2009121348
 （但し、Tsはバッテリー電圧変動補正時間、sf1〜sf3は制御パラメータ）
さらにまた、上述した燃料噴射制御方法において、その燃料噴射時間の算出に使用する基本噴射時間が、以下の数式４を使用して算出されるものとすれば、より的確なエンジン回転速度制御を実現しやすい。
Figure 2009121348
 （但し、Tpは基本噴射時間、Nはエンジン回転速度、Qaは吸入空気流量、b1〜b2は定数、Ａ／Ｆは目標空燃比）
さらにまた、燃料噴射制御プログラムが記憶手段に格納されエンジン回転速度検出手段及び吸気管圧力検出手段からの出力信号を少なくとも含むデータ信号を検知することにより目標エンジン回転速度を維持するための燃料噴射信号を生成してインジェクタに出力するものとされ、上述した燃料噴射制御方法を実行することを特徴とする燃料噴射制御装置とすれば、これをエンジンシステムに配設するだけで、あらゆる運転状態に応じて目標エンジン回転速度を精度高く維持する燃料噴射システムを容易に構築することができる。
加えて、この燃料噴射制御装置は、検知している実エンジン回転速度に基づいて目標エンジン回転速度に一致するように所定のアクチュエータを介してフィードバック式にスロットルバルブの開閉操作を行なうものとされており、吸入空気流量制御装置を兼ねていることを特徴とするものとすれば、吸入空気量を同時に制御可能としたことで迅速且つ高精度なエンジン回転速度制御を実現することがてきる。
吸入空気流量に応じて最適な燃料噴射量を決定する算出手順を含むモデルベース制御を適用した本発明により、過渡運転時を含むあらゆる運転状態に応じて遅れることなく目標エンジン回転速度を維持する燃料噴射時間を決定して、良好なエンジン運転性を確保することができる。
以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態を説明する。
図１は、本実施の形態の燃料噴射制御方法を実施する燃料噴射制御装置としての電子制御ユニット４０を配設したエンジンの燃料噴射システムの配置図を示している。本システムにおける電子制御ユニット４０の主たる制御目的は、エンジンの吸入空気流量に応じて燃料噴射量を制御して、総ての運転条件において実エンジン回転速度を目標エンジン回転速度に遅れることなく追従させることにある。
エンジン１の吸気管路２の途中には、スロットルバルブ４３及びその開閉を行う図示しないアクチュエータ、インジェクタ４６、吸気管圧力検出手段としての吸気管圧力センサ４１、吸気温度センサ４２、プレッシャーレギュレータ４４、及び電子制御ユニット４０を備えて、１つのパッケージに纏められた電子ガバナ４が配設されている。
この電子ガバナ４に設けられたインジェクタ４６には、燃料タンク３から延設され途中に燃料ポンプ７を配した燃料供給配管が接続されている。また、エンジン１のフライホイール外周側にはエンジン回転速度検出手段としてのクランク角センサ１１が配設されて、電子制御ユニット４０にエンジン回転信号を出力するようになっている。
電子制御ユニット４０は、検知した吸気管圧力、エンジン回転速度、吸気温度等のデータを基に後述する算出方法を用いて流量計を用いることなくエンジン１の吸入空気流量を推定して燃料噴射制御に使用している。そして、この電子制御ユニット４０を有する電子ガバナ４は、スロットルバルブ４３を開閉操作して吸入空気流量及びエンジン回転速度の制御を行うようになっており、その電子制御ユニット４０が実行する燃料噴射制御方法の内容に本発明の特徴がある。
先ず、エンジンの吸入空気流量(Qa)は、電子制御ユニット４０に入力された吸気管圧力(P)、エンジン回転速度(N)、吸入空気温度(Ta)を、以下の数式に適用することにより求められる（但し、以下の数式においてVhはエンジン排気量、a1〜 a5は定数）。
Figure 2009121348
Figure 2009121348
Figure 2009121348
そして、このようにして得た吸入空気流量(Qa)のデータを用いることに加え、クランク角センサ１１からの入力信号をフィードバックして、目標エンジン回転速度(Nd)との偏差（e(t)）を求めて（e(t)=Nd−N）、最終燃料噴射時間(Ti)及び電子ガバナ４を介した吸入空気流量(Qa)の制御を行う。
即ち、電子制御ユニット４０は、エンジンの吸入空気流量(Qa)、エンジン回転速度(N)、その他の補正要素を用いて、上述の数式４を使用して求めた基本噴射時間(Tp)と、上述の数式２，３を使用して求めたバッテリー電圧変動補正時間(Ts)と、上述の数式１を使用して求めた過渡補正噴射時間(Tu)との和を算出する以下の数式８により、最終燃料噴射時間(Ti)を求めるようになっている。
Figure 2009121348
このようにして、最終燃料噴射時間(Ti)が決定されて駆動信号としてインジェクタ４６に出力されるようになっており、吸入空気流量(Qa)に応じて目標エンジン回転速度を維持するための燃料噴射量を供給するようになっている。このような制御としたことで、エンジン回転数が急激に変動する過渡運転時であっても制御の遅れを生じることなく、実エンジン回転速度が指定された目標エンジン回転速度に対し定常誤差の殆どない状態で追従するものとして、高精度な制御を実現することができる。
本実施の形態の燃料噴射制御方法による実験結果を示す図２，図３のグラフを参照して、図２上段のグラフにおいて、破線は目標エンジン回転速度、実線は実応答を示しており、図２下段のグラフは吸気管圧力を示している。また、図３上段のグラフは本実施の形態による吸入空気量推定値、下段のグラフはインジェクタからの燃料噴射量を示している。
これらの実験結果から、エンジンがどんな運転条件にあっても実エンジン回転速度が常に指定された目標エンジン回転速度に遅れを生じることなく収束していることが分かり、本実施の形態の料噴射制御方法によるエンジン回転速度の制御が、極めて有効であることが分かる。
以上、述べたように、エンジンの燃料噴射制御について、本発明により、あらゆる運転状態に応じて遅れることなく制御を行えるようになり、目標エンジン回転速度を精度高く維持し良好なエンジン運転性を確保することができる。
本発明の実施の形態を示す配置図。 図１の空燃比制御装置による制御結果を示すグラフ。 図１の空燃比制御装置による制御結果を示すグラフ。
符号の説明
１ エンジン、２ 吸気管路、４ 電子ガバナ、１１ クランク角センサ、４０ 電子制御ユニット、４１ 吸気管圧力センサ、４２ 吸気温度センサ、４３ スロットルバルブ、４６ インジェクタ

Claims (6)

  1. 検知した吸気管圧力及びエンジン回転速度のデータを使用して所定の算出方法で吸入空気流量を推定し、その吸入空気流量及び目標エンジン回転速度に対する実エンジン回転速度の偏差を用い所定の算出方法で燃料噴射時間を決定しインジェクタ駆動信号を出力して行われる、燃料噴射制御装置による目標エンジン回転速度を維持するためのエンジンの燃料噴射制御方法において、前記燃料噴射時間を、所定の算出方法で求めた基本噴射時間に、所定の算出方法で求めたバッテリー電圧変動補正時間及び前記目標エンジン回転速度に対する実エンジン回転速度の偏差を補正する過渡補正噴射時間を加えることにより求めることを特徴とするエンジンの燃料噴射制御方法。
  2. 前記燃料噴射時間の算出に使用する過渡補正噴射時間を、以下の数式を使用して算出すめることを特徴とする請求項１に記載したエンジンの燃料噴射制御方法。
    Figure 2009121348
     （但し、Tuは過渡補正時間、e(t)は目標エンジン回転速度に対する実エンジン回転速度の偏差、k1〜k4は制御パラメータ、sf1〜sf3は制御パラメータ）
  3. 前記燃料噴射時間の算出に使用するバッテリー電圧変動補正時間を、以下の数式を使用して算出することを特徴とする請求項１または２に記載したエンジンの燃料噴射制御方法。
    Figure 2009121348
     （但し、Tsはバッテリー電圧変動補正時間、sf1〜sf3は制御パラメータ）
    Figure 2009121348
     （但し、Tsはバッテリー電圧変動補正時間、sf1〜sf3は制御パラメータ）
  4. 前記燃料噴射時間の算出に使用する基本噴射時間を、以下の数式を使用して算出することを特徴とする請求項１，２または３に記載したエンジンの燃料噴射制御装置。
    Figure 2009121348
     （但し、Tpは基本噴射時間、Nはエンジン回転速度、Qaは吸入空気流量、b1〜b2は定数、Ａ／Ｆは目標空燃比）
  5. 燃料噴射制御プログラムが記憶手段に格納されエンジン回転速度検出手段及び吸気管圧力検出手段からの出力信号を少なくとも含むデータ信号を検知することにより前記目標エンジン回転速度を維持するための燃料噴射信号を生成して前記インジェクタに出力する請求項１，２，３または４に記載した燃料噴射制御方法を実施することを特徴とする燃料噴射制御装置。
  6. 検知している実エンジン回転速度に基づいて前記目標エンジン回転速度に一致するように所定のアクチュエータを介してフィードバック式にスロットルバルブの開閉操作を行なうものとされており、吸入空気流量制御装置を兼ねていることを特徴とする請求項５に記載した燃料噴射制御装置。
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