JP2505540B2

JP2505540B2 - 内燃機関の燃料噴射制御装置

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Publication number: JP2505540B2
Application number: JP16290988A
Authority: JP
Inventors: 初雄永石
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1988-06-29
Filing date: 1988-06-29
Publication date: 1996-06-12
Anticipated expiration: 2011-06-12
Also published as: JPH0211839A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、自動車等内燃機関の燃料噴射制御装置に係
り、詳しくは、過渡運転時における空燃比のフラット性
を高める装置に関する。

（従来の技術）自動車等車両のエンジンに対する要求出力が変化した
際には、その要求程度に応じて応答性よく燃料供給量を
制御することが必要であり、これは特に過渡運転時にお
ける空燃比に影響を与えドライブフィーリングや排気組
成等の運転性能を左右する。

一般に、機関の加減速時における空燃比の目標空燃比
からのずれは、吸気系の吸気マニホールドや吸気ポート
に付着した付着燃料および浮遊燃料の量的変化に起因す
るものであり、この付着、浮遊燃料量は機関の運転状態
に応じて大きく変化する。

具体的には加減速時の燃料噴射量は絞弁開度の変化量
ΔTVO等により補正されていたが、ΔTVOは空気量や壁流
との相関がなく（弱く）空燃比（A/F）のフラット性が
悪いため、排気エミッションや緩和加速運転性等の改良
代が少なかった。また、壁流の多い冷却水の低中間温領
域では、加速時に燃焼室内に入る燃料量が少なくなるの
で常時燃料噴射量を多くしてリッチとする必要があり、
これは燃費も良くない。

そこで、上記欠点を解消する内燃機関の燃料噴射制御
装置としては、例えば特開昭58−6238号公報に記載のも
のがある。この装置では、壁面付着燃料量および壁面付
着燃料が吸気時に燃焼室に持ち去られる持ち去り燃料量
が噴射燃料量に応じて変化することに着目して燃料噴射
量に応じて壁面付着燃料量を推定算出するとともに、そ
の算出値を積算し、この積算結果から持ち去り燃料量を
推定算出している。そして、算出した壁面付着燃料量か
ら持ち去り燃料量を差引いたものを同期噴射量に加えて
実行同期噴射量としている。すなわち、壁面付着燃料量
が多いときは同期噴射量を増量し、持ち去り燃料量が多
いときは同期噴射量を減量して空燃比変動を抑制してい
る。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、このような従来の内燃機関の燃料噴射
制御装置にあっては、壁流の挙動のうち比較的遅い時定
数で変化するもの（以下、低周波分という）に対して燃
料噴射量が補正されるものの、比較的速い時定数で変化
するもの（以下、高周波分という）に対しての補正が考
慮されておらず、この点で次のような問題が発生してい
た。

すなわち、割込みの噴射に到らない緩和速において、
加速初めの１吸気目の空燃比（A/F）がややリーンとな
る事がある。これは噴射タイミングが吸気行程直前であ
ると、増量しても壁流となる割合が多いためと判明し
た。また、噴射タイミングが早すぎても、古い空気量信
号で噴射するためややリーンとなる。

（発明の目的）そこで本発明、エンジンが所定の過渡状態に移行した
とき、過渡補正量に加えて過渡修正量および過不足補正
量によって同期噴射量を補正することにより、空燃比の
フラット性を高めて、エミッション特性を向上させるこ
とを目的としている。

（課題を解決するための手段）本発明による内燃機関の燃料噴射制御装置は上記目的
達成のため、その基本概念図を第１図に示すように、エ
ンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段ａと、エ
ンジンの運転状態からエンジン負荷の変化量を求め、該
エンジン負荷の変化量に基づいてエンジンが所定の過渡
状態にあることを判別する過渡判別手段ｂと、エンジン
の運転状態に基づいて回転毎の同期噴射量を演算し、所
定の過渡状態に移行すると、該同期噴射量を過渡補正量
に応じて補正するとともに、過渡修正量で修正し、かつ
該修正に伴う過渡不足分を過不足補正量で補正する同期
噴射量演算手段ｃと、エンジンが所定の過渡状態に移行
したとき、前記エンジン負荷の変化量に基づいて前記過
渡補正量を演算する過渡補正量演算手段ｄと、エンジン
が所定の過渡状態に移行したとき、前記エンジン負荷の
変化量、水温による補正係数および同期噴射のタイミン
グによる補正係数に基づいて前記過渡修正量を演算する
修正量演算手段ｅと、前回の同期噴射における過渡修正
量および燃料応答性に関係する基本値に基づいて今回の
前記過不足補正量を演算する過不足補正量演算手段ｆ
と、同期噴射量演算手段ｃの出力に基づいて燃料を噴射
する燃料噴射手段ｇと、を備えている。

（作用）本発明では、エンジンが所定の過渡状態に移行する
と、過渡補正量演算手段によりエンジン負荷の変化量に
基づいて演算された過渡補正量に加えて、修正量演算手
段によりエンジン負荷の変化量、水温による補正係数お
よび同期噴射のタイミングによる補正係数に基づいて演
算された過渡修正量、並びに、過不足補正量演算手段に
より前回の同期噴射における過渡修正量と燃料応答性に
関係する基本値とに基づいて演算された今回の過不足補
正量によって、同期噴射量が補正される。

したがって、過渡時における同期噴射量の補正が適切
なものとなって、空燃比のフラット性が高まり、エミッ
ション特性が向上する。

（実施例）以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第２〜８図は本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装
置の一実施例を示す図である。まず、構成を説明する。
第２図は本装置の全体構成を示す図である。第２図にお
いて、１はエンジンであり、吸入空気はエアクリーナ２
から吸気管３を通り、燃料は噴射信号Siに基づきインジ
ェクタ（燃料噴射手段）４から噴射される。そして、気
筒内で燃料した排気は排気管５を通して触媒コンバータ
６に導入され、触媒コンバータ６内で排気中の有害成分
（CO、HC、NOx）を三元触媒により清浄化して排出され
る。

吸入空気の流量Qaはホットワイヤ式のエアフロメータ
７により検出され、吸気管３内の絞弁８によって制御さ
れる。なお、エアフロメータ７のタイプとしては、ホッ
トフィルム式でもよく、要は吸入空気の流量を測定する
ものであればよい。したがって、フラップ式のものでも
よいが、本実施例では負圧センサは除かれる。なお、負
圧センサを用いたシステムに本発明を適用することはい
っこうにかまわない。

絞弁８の開度TVOは開度センサ９により検出され、エ
ンジン１の回転数Ｎはクランク角センサ10により検出さ
れ、クランク角センサ10は爆発間隔（６気筒エンジンで
は120゜、４気筒エンジンでは180゜）毎に角気筒の圧縮
上死点（TDC）前の所定位置、例えばBTDC70℃で〔Ｈ〕
レベルのパルスとなる基準信号Caを出力するとともに、
クランク角の単位角度（例えば２゜）毎に〔Ｈ〕レベル
のパルスとなる単位信号C₁を出力する。なお、基準信号
Caのパルスを計数することにより、エンジン回転数Ｎを
知ることができる。また、ウォータジャケットを流れる
冷却水の温度Twは水温センサ11により検出され、排気中
の酸素濃度は酸素センサ12により検出される。酸素セン
サ12としては、例えば特開昭61−241434号公報に示した
リッチからリーンまで検知可能センサ等が用いられる。
さらに、スターモータの作動はスタートスイッチ13によ
り検出される。

上記エアフロメータ７、開度センサ９、クランク角セ
ンサ10、水温センサ11、酸素センサ12およびスタートス
イッチ13は運転状態検出手段14を構成しており、運転状
態検出手段14からの出力はコントロールユニット20に入
力される。コントロールユニット20はCPUT21、ROM22、R
AM23およびI/Oポート24により構成される。CPU21はROM2
2に書き込まれているプログラムに従ってI/Oポート24よ
り必要とする外部データを取り込んだり、またRAM23と
の間でデータの授受を行ったりしながら噴射量制御に必
要な処理値を演算処理し、必要に応じて処理したデータ
をI/Oボート24へ出力する。I/Oポート24には運転状態検
出手段14からの信号が入力されるとともに、I/Oポート2
4からは噴射信号Siが出力される。ROM22はCPU21におけ
る演算プログラムを格納しており、RAM23は演算に使用
するデータをマップ等の形で記憶している。

このコントロールユニット20は、運転状態検出手段14
の各センサ信号と予めRAM23に記憶されたマッピングデ
ータとに基づいてエンジン負荷に相当する平滑噴射量を
算出するとともに、今回の平滑噴射量と前回の平滑噴射
量との変化量を求め、加減速や負荷変動によるエンジン
の所定の過渡状態を判断する過渡判別手段としての機能
を有する。また、コントロールユニット20は、エンジン
が所定の過渡状態に移行したとき、前記平滑噴射量の変
化量に基づいて低周波分の壁流補正分を表す過渡補正量
を演算する過渡補正量演算手段の機能と、平滑噴射量の
変化量、水温に基づく補正係数および同期噴射のタイミ
ングをパラメータとする補正係数に基づいて過渡修正量
を演算する修正量演算手段の機能と、前回の同期噴射に
おける過渡修正量および燃料応答性に関係する基本値に
基づいて今回の過不足補正量を演算する過不足補正量演
算手段の機能とを有する。さらに、コントロールユニッ
ト20は、同期噴射演算手段として、運転状態検出手段14
の各センサ信号に基づいて回転毎の同期噴射量を演算
し、所定の過渡状態に移行すると、この同期噴射量を前
記過渡補正量に応じて補正するとともに、前記過渡修正
量で修正し、かつこの修正に伴う過不足分を前記過不足
補正量で補正するようになっている（詳細は後述す
る）。

次に、作用を説明する。

本実施例のメインプログラムは第５図以降のように示
されるが、第５図のプログラムにおいて演算されるAvtp
はサブルーチンで演算される。説明の都合上、最初にAv
tpを求めるサブルーチンから述べる。

第３図は平滑噴射量Avtpを求めるサブルーチンであ
る。

まず、P₁でエアフロメータ７の出力を読み込んで吸入
空気量Qaを求める。これは、例えばテーブルルックアッ
プによる。次いで、P₂で式に従って平滑前基パルス幅
Tpoを演算する。

次いで、P₃でTpoを加重平均して基本パルス幅Tpを演
算する。これにより、エアフロメータ７の出力に基づく
脈動が平滑化される。P₄では次式に従ってフラット修
正基本パルス幅TrTpを求める。

TrTp＝Tp×Kflat …… 式において、KflatはフラットA/F補正係数であり、
回転数Ｎとα−Ｎ流量Qhoとにより割付けられたマップ
から補間計算付きで求める。なお、α−Ｎ流量とは絞弁
開度TVOと回転数Ｎから空気量を求めるものであり、既
に公知のものである。

次いで、P₅でTrTpを所定の最長リミット値Tpmaxと比
較し、TrTp＞TpmaxのときはP₆でTrTpをTpmaxに制限して
P₇に進み、TrTp≦TpmaxのときはP₆をジャンプしてP₇に
進む。P₇ではα−Ｎ先取り補正パルス幅としての遅れ修
正パルス幅THSTPを求める。これは、α−Ｎ流量Qhoに基
づき補間計算付きテーブルからルックアップした値THST
Pの10ms毎の変化量として求める。但し、該変化量が補
正判定レベル以下であれば、THSTP＝０とし、変化量が
負（減速）の場合は変化量に所定の減速修正率を乗じて
求める。THSTPは絞弁８の変化を先取りして噴射量を応
答性良く補正する項である。次いで、P₈で次式に従っ
て平滑噴射量Avtp（平滑吸気量に対応）を求める。

Avtp＝TrTp×FLOAD＋Avtp_-1 ×（１−FLOAD）＋THSTP …… において、FLOADは加重平均係数であり、FLOAD＝TF
LOAD＋K2D（減速のみ）によって与えられる。TFLOADは
吸気ボリウムのみの関数とするため、絞弁８によって決
まる流量面積AAと（排気量×回転数）NVMとからマップ
により求める。したがって、式の第１項および２項は
エアフロメータ７の出力を脈動修正した値に基づいて演
算されたフラット修正基本パルス値TrTpについて、FLOA
Dを用いて加重平均した値、言い換えればTrTpの一次遅
れを計算により（ソフトにより）算出する部分に相当す
る。また、式の第３項は絞弁開度TVOによる先取り補
正の部分であり、この部分は先願には無く、本実施例で
初めて開示するものである。

このような第３項のTHSTPを加えた効果は第４図のよ
うに示される。第４図において、あるタイミングで加速
した場合、絞弁変化にやや遅れて基本パルス幅Tpo、Tp
が変化し、Tpo、Tpを修正した波形はフラット修正基本
パルス幅TrTpとして第４図のように変化する。

一方、α−Ｎ流量は絞弁８の開き具合に応じてステッ
プ的に変化しており、この開度変化量により遅れ修正パ
ルス幅THSTPが演算される。また、平滑噴射量AvtpはTrT
pの一次遅れで与えられ、THSTPなしの従来の位相制御の
場合は図中の一点鎖線で示す変化となり、応答性に欠け
る。このとき、吸入負圧は破線で示され、噴射弁部（イ
ンジェクタ４部）の空気流量に略等しいが、これとて絞
弁８の開度変化に遅れなく追随できるものではない。ま
た、吸気ボリウムにより吸気管３の壁面への燃焼付着量
にも影響を与える。

これに対して、本実施例のAvtpは図中実線で示すよう
に、THSTPよりなる補正項がα−Ｎの先取り補正（10ms
の先取り補正）として加えられているから、極めて応答
性が良く、実際の空気流量変化にマッチしたものとな
る。なお、公知の例も図示している。

第５図は気筒別壁流補正量（過渡修正量）Chosnを求
めるプログラムを示すフローチャートであり、所定期間
毎に実行される。まず、P₁₁で次式に従って平滑噴射
量Avtp（平滑吸気量に対応）の変化量ΔAvtpn（但し、
ｎは気筒番号）を求める。ΔAvtpnはエンジン負荷の変
化量に対応する。

ΔAvtpn＝Avtp−Avtpoin …… 但し、Avtpoinは前回の燃料噴射時の値（Avtp_-1）の
ことであり、ｎ番目の気筒に対応している。

次いで、P₁₂で噴射時期補正率Gzitを噴射タイミング
Ｔをパラメータとするテーブルからルックアップする。
このGzitは後述する気筒別壁流補正量Chosnおよび気筒
別増量補正量Eracinの演算に噴射タイミングによる補正
を行うためのものである。

次いで、P₁₃で変化量ΔAvtp＞０であるか否かを判別
する。すなわち、ΔAvtpnの符号を判別することによ
り、エンジン１の加速状態又は減速状態を判別する。変
化量が負（ΔAvtpn＜０）のときは減速状態であると判
断し、P₁₄で次式に従って減速時の気筒別壁流補正量
（過渡修正量）量Chosnを求める。

Chosn＝ΔAvtpn×Gztwm×Gzitn …… 但し、Gztwn:減速時の水温補正係数次いで、P₁₅で次式に従って減速時の気筒別増量補
正量（過不足補正量）Eritmを求め、今回のルーチンを
終了する。

Eritn＝ΔAvtpn×Gztwm ×（Gzit−ERACPH） …… 但し、ERACPH:壁流高周波分補正量基本値一方、変化量が正（ΔAvtpn＞０）のときは加速状態
にあると判断し、P₁₆で次式に従って加速時の気筒別
壁流補正量（過渡修正量）Chosnを求める。

Chosn＝ΔAvtpn×Gztwp×Gzit …… 但し、Gztwp:加速時の水温補正係数次いで、P₁₇で次式に従って加速時の気筒別増量補
正量（過不足補正量）Eritnを求め、今回のルーチンを
終了する。

Eritn＝ΔAvtpn×Gztwp×（Gzit−ERACPH） …… この場合Gztwpは割込噴射用の後述するGztwと同一で
もよい。また、急加速で割込み噴射によりややRichとし
たければ別テーブルから求めてもよい（重量ガソリンを
考慮した場合、ややRichとしたい事がある）。

第６図は同期噴射のプログラムを示すフローチャート
であり、本プログラムはエンジン回転に同期して実行さ
れる。まず、P₂₁気筒を判別するが、これは各気筒に設
けられたクランク角センサ10から出力される気筒判別信
号を読み取ることで行われる。次いで、P₂₂で気筒に応
じた同期噴射量Tinを次式に従って演算し、I/Oポート
24から噴射信号Siをインジェクタ４に出力する。

Tin＝（Avtp＋Kathos）×Tfbya×（α＋αｍ）＋Chosn−旧Eracin＋Ts …… 但し、Kathos（過渡補正量）：比較的遅い時定数で変
化する壁流補正分（低周波分）であり、正負の値を有
し、燃料の付着速度Vmf〔ms〕と補正率Ghf〔％〕の関数
で与えられる。

Tfbya:目標空燃比 α：酸素センサ12の出力に基づく空燃比のλ制御補正係
数である。

αm:混合比学習制御補正係数旧Eracin:前回の気筒別増量補正量 Ts:インジェクタ４の無駄時間修正係数次いで、P₂₃で噴射信号Siによってインジェクタ４を
所定時間駆動し、燃料を噴射する。次いで、P₂でで用
いられた今回の平滑噴射量Avtpiを前回の平滑噴射量Avt
poinとして（Avtpi→Avtpoin）RAM23にストアし、P₂₅で
前記P₁₅又はP₁₇で求めた気筒別増量補正量Eritnを次回
の同期噴射量Tinを演算するときのEracinとしてRAM23に
ストアする。次いで、P₂₆で壁流量Mfを次式に従って
演算し、その値をRAM23にストアして今回のルーチンを
終了する。

Mf＝旧Mf＋Vmf …… 但し、旧Mf:前回の壁流演算値 Vmf:付着速度付着速度Vmfは壁流に取られる燃料の流量であり、１回
転当たりの流量として求められる。

上記各プログラムの実行による実際の作動は第７図の
タイミングチャートのように示される。第７図はエンジ
ン１が緩加速した場合の特定気筒の同期噴射パルスの変
化を示した例である。エンジン１が緩加速状態に移行し
た直後の初回の同期噴射量Tinは気筒別壁流補正量Chosn
によって増量補正され、次回のTinはChosnによる増量分
（過不足分）が気筒別増量補正量Eracinにより補正され
る。その後、壁流量の増加に伴って吸気行程で燃料室内
に持ち去られる燃料量も増加するため、これに応じて補
正量も減量される。

したがって、第８図に従来と本実施例の空気量、噴射
量および空燃比の挙動を示すように、空気量のステップ
的な変化に対して従来の噴射量の補正方法は壁流の低周
波分Kathosで実行噴射時間TAUT−Tpを補正していたた
め、噴射量が斜線部分のように補正され、空気量のピー
ク値に対して制御遅れとなり、また、壁流となる燃料も
多くなって空燃比が大きくリーン側に変動していた。こ
れに対し、本実施例では空気量変化直後の噴射量がKath
osに加えて噴射時期補正率Gzitで補正された気筒別壁流
補正量Chosnおよび気筒別増量補正量Eracinで補正され
るため、制御応答性が改善され、空気量のピーク値に合
わせて噴射量が増量補正されるとともに、増量補正後の
リッチ化も抑えられる。その結果、図の破線のように過
渡時の空燃比変動が極めて少なくなり、ほとんどフラッ
トなものとなる、これにより、エミッション特性を向上
させることができる。また、減速時の場合は、減速状態
に移行直後の同期噴射量は空気変化量に応じて減量さ
れ、減量後は増量補正されて減量補正後のリーン化が抑
えられ、同様の効果が得られることは勿論である。

なお、本実施例では同期噴射について述べたが、これ
に限らず再始動後の加速時等の割込み噴射が必要となっ
た場合には、次式およびに従って割込み噴射量Injs
tenおよび気筒別増量補正量Eracinを演算すれば同様の
効果が得られる。

Injsten＝ΔAvtpion×Gztw×Gzcyn＋Ts …… 但し、ΔAvtpoin:前回の値 Gzwt:気筒別非同期噴射の水温補正率 Gzcyn:非同期時の噴射時期補正率 Eracin＝Eracin′＋ΔAvtpoin×Cztw ×（Czcyn−Eracp） …… 但し、Eracin′：前回の値 Eracp:非同期噴射移行化基準補正率これら、式を用いることにより、非同期噴射時の
空燃比のフラット性を高められる。

（発明の効果）本発明によれば、エンジンが所定の過渡状態に移行し
たとき、過渡補正量演算手段によりエンジン負荷の変化
量に基づいて演算された過渡補正量に加えて、修正量演
算手段によりエンジン負荷の変化量、水温による補正係
数および同期噴射のタイミングによる補正係数に基づい
て演算された過渡修正量、並びに、過不足補正量演算手
段により前回の同期噴射における過渡修正量および燃料
応答性に関係する基本値に基づいて演算された今回の過
不足補正量によって、同期噴射量を補正しているので、
過渡時の同期噴射量を適切なものとして空燃比のフラッ
ト性を高めることができ、エミッション特性を向上させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本概念図、第２〜８図は本発明に係
る内燃機関の燃料噴射制御装置の一実施例を示す図であ
り、第２図はその全体構成図、第３図はその平滑噴射量
を演算するサブルーチンを示すフローチャート、第４図
はその平滑噴射量に基づく作用を説明するタイミングチ
ャート、第５図はその気筒別壁流補正量を求めるプログ
ラムを示すフローチャート、第６図はその同期噴射のプ
ログラムを示すフローチャート、第７図はその同期噴射
パルスのタイミングチャート、第８図はその同期噴射の
作用を説明するタイミングチャートである。１……エンジン、４……インジェクタ（燃料噴射手段）、 14……運転状態検出手段、 20……コントロールユニット（過渡判別手段、同期噴射
量演算手段、過渡補正量演算手段、修正量演算手段、過
不足補正量演算手段）。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ａ）エンジンの運転状態を検出する運転状
態検出手段と、ｂ）エンジンの運転状態からエンジン深の変化量を求
め、該エンジン負荷の変化量に基づいてエンジンが所定
の過渡状態にあることを判別する過渡判別手段と、ｃ）エンジンの運転状態に基づいて回転毎の同期噴射量
を演算し、所定の過渡状態に移行すると、該同期噴射量
を過渡補正量に応じて補正するとともに、過渡修正量で
修正し、かつ該修正に伴う過不足分を過不足補正量で補
正する同期噴射量演算手段と、ｄ）エンジンが所定の過渡状態に移行したとき、前記エ
ンジン負荷の変化量に基づいて前記過渡補正量を演算す
る過渡補正量演算手段と、ｅ）エンジンが所定の過渡状態に移行したとき、前記エ
ンジン負荷の変化量、水温による補正係数および同期噴
射のタイミングによる補正係数に基づいて前記過渡修正
量を演算する修正演算手段と、ｆ）前回の同期噴射における過渡修正量および燃料応答
性に関係する基本値に基づいて今回の前記過不足補正量
を演算する過不足補正量演算手段と、ｇ）同期噴射量演算手段の出力に基づいて燃料を噴射す
る燃料噴射手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装
置。