JP2606226B2 - 内燃機関の燃料噴射量制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の目的 ［産業上の利用分野］ 本発明は、内燃機関のシリンダ内に流入する燃料の挙
動を記述した物理モデルに則って、燃料噴射弁からの燃
料噴射量を制御する燃料噴射量制御装置に関する。

［従来の技術］ 従来より、内燃機関に供給される燃料混合気の空燃比
が目標空燃比になるよう燃料噴射弁からの燃料噴射量を
制御する燃料噴射量制御装置の一つとして、例えば特開
昭59−196930号公報に記載の如く、内燃機関の回転速度
と吸入空気量とから求められる基本燃料噴射量を補正す
る補正値を制御入力、空燃比センサを用いて検出される
空燃比の実測値を制御出力とし、該制御入力と制御出力
との間に線形な近似が成り立つものとして同定を行い、
内燃機関の動的な振舞いを記述する物理モデルを求め、
これに基づき設計された制御則により燃料噴射量を制御
するよう構成された、所謂線形制御理論に基づく制御装
置が知られている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし上記制御入力量と制御出力量との関係は本来非
線形であり、単に線形近似により物理モデルを求めたの
では内燃機関の動的な振舞いを極めて狭い運転条件下で
しか正確に記述することができない。このため従来の制
御装置では、線形近似が成り立つとみなし得る複数の運
転領域毎に数式モデルを求め、該物理モデルに基づき各
運転領域毎に制御則を設計しなければならなかった。従
ってこの種の制御装置では、制御に用いる制御則を上記
物理モデルに対応して内燃機関の各運転領域毎に切り替
えなければならず、制御が煩雑になるといった問題があ
った。また各運転領域の境界点では制御則の切り替えの
ために制御が不安定になるといった問題もある。

また、機関の回転停止後の吸気管内に残溜している燃
料量についてまで考慮がなされておらず、再始動時にオ
ーバリッチとなって始動特性を悪化させてしまうことが
考えられた。

そこで本発明の内燃機関の燃料噴射量制御装置は、上
記のように制御則を切り替えることなく（即ち一つの制
御則で）内燃機関の広範囲な運転条件下で燃料噴射量を
精度よく制御することができ、しかも再始動時の特性を
向上することを目的とする。

発明の構成 ［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するためになされた本発明の内燃機関
の燃料噴射量制御装置は、第１図に例示するように、 吸気管壁面への付着燃料量fw及び該吸気管内での蒸発
燃料量fvを状態変数とし、燃料噴射弁からの燃料噴射量
ｑ、内燃機関の回転速度ω、吸気管壁面付着燃料の蒸発
量Vf、シリンダ内に流入した燃料混合気の燃料と空気の
比を表す燃料比λ、及びシリンダ内に流入する空気量ｍ
に基づき内燃機関のシリンダ内に流入する燃料の挙動
を、 （ここで、ｋは吸気行程におけるｋ番目のサイクルを示
し、α２〜α６は所定の値を示す。） なる式にて記述した物理モデルに則って、内燃機関の回
転中は内燃機関の前記付着燃料量fwと蒸発燃料量fvとを
求め、燃料噴射弁からの燃料噴射量ｑを制御する内燃機
関の燃料噴射量制御装置であって、 内燃機関の回転停止後、１サイクルあたりに吸気管外
部にリークせず吸気管内に溜る付着燃料量の割合Ｐ、１
サイクルあたりに吸気管外部にリークせず吸気管内に溜
る蒸発燃料量の割合Ｑ及び吸気管壁面付着燃料の蒸発速
度Ｄに基づいて吸気管における機関停止中における燃料
の挙動を、 （ここで、ｋは吸気行程におけるｋ番目のサイクルを示
す。） なる式にて記述した物理モデルに基づき前記付着燃料量
fwと蒸発燃料量fvとを推定する推定手段M1と、 内燃機関の再始動時に、該推定手段M1によって推定さ
れた付着燃料量fwと蒸発燃料量fvとを前記燃料噴射量ｑ
の制御における状態変数の初期値として設定する初期値
設定手段M2とを備える。

ここで付着燃料量fwと蒸発燃料量fvとを求める際に用
いられる物理モデルとしての２つの式について説明す
る。

まず内燃機関のシリンダ内に流入する燃料量fcは、燃
料噴射弁からの燃料噴射量ｑと、吸気管壁面への付着燃
料量fwと、吸気管内部での蒸発燃料量fvとを用いて次式
（１）のように記述することができる。

fc＝α１・ｑ＋α２・fw＋α３・fv …（１） 即ち上記燃料量fcは、燃料噴射弁M3からの噴射燃料の
直接流入量α１・ｑと、その噴射燃料が付着した吸気管
からの間接流入量α２・fwと、噴射燃料域は壁面付着燃
料の蒸発により吸気管内部に存在する蒸発燃料の流入量
α３・fvとの総和であると考えられることから、上式
（１）のようにシリンダ内に流入する燃料量fcを記述す
ることができるのである。

上式（１）において、燃料噴射量ｑは燃料噴射弁の制
御量によって定まるので、吸気管壁面への付着燃料量fw
及び吸気管内での蒸発燃料量fvを知ることができれば、
燃料量fcを予測することができる。

そこで次に上記付着燃料量fw及び蒸発燃料量fvについ
て考える。

まず吸気管壁面への付着燃料量fwは、吸気行程時のシ
リンダ内への流入によって、吸気サイクル毎にその一部
α２が減少する他、吸気管内部への蒸発によって減少
し、吸気サイクルと同期して燃料噴射弁から噴射される
燃料噴射量ｑの一部α４が付着することによって増加す
る。また吸気行程毎の燃料蒸発量はα５・Vf/ωとして
表すことができる。このため吸気管壁面への付着燃料量
fwは次式（２）に示す如く記述できる。

fw（ｋ＋１）＝（１−α２）・fw（ｋ） ＋α４・ｑ（ｋ）−α５・Vf（ｋ）／ω（ｋ）…（２） （但し、k:吸気サイクル） 一方吸気管内部での蒸発燃料量fvは、吸気行程時のシ
リンダ内への流入によって、吸気サイクル毎にその一部
α３が減少する他、燃料噴射量ｑの一部α６が蒸発する
ことによって増加し、更に上記付着燃料の燃料蒸発によ
って増加する。このため吸気管内の蒸発燃料量fvは次式
（３）に示す如く記述できる。

fv（ｋ＋１）＝（１−α３）・fv（ｋ） ＋α６・ｑ（ｋ）＋α５・Vf（ｋ）／ω（ｋ）…（３） ここで吸気管M1の壁面からの燃料の蒸発量Vfは、吸気
管M1内での燃料の飽和蒸気圧Psと吸気管M1内部の圧力
（吸気管圧力）Ｐとの関数として求めることができる。
また飽和状気圧Psはセンサにより直接検出することは難
しいが、飽和蒸気圧Psは吸気管壁面への付着燃料温度Ｔ
の関数であり、付着燃料温度Ｔは内燃機関M2のウォータ
ジャケット水温或は吸気ポート付近のシリンダヘッド温
度によって代表させることができるので、温度センサに
よりウォータジャケット水温或はシリンダヘッド温度を
検出し、その検出結果Ｔ（゜K）をパラメータとする例
えば次式（４）に示す如き演算式を用いて、飽和蒸気圧
Psを求めることができる。

Ps＝β１・T²−β２・Ｔ＋β３ …（４） （但し、β1,β2,β3:定数） このため吸気管壁面からの燃料の蒸発量Vfの検出は、
ウォータジャケット水温或はシリンダヘッド温度を検出
する温度センサからの検出信号に基づき飽和蒸気圧Psを
求めると共に、周知の吸気圧センサを用いて吸気管圧力
Ｐを検出し、これら各値Ps及びＰをパラメータとするデ
ータマップ或は演算式を用いて蒸発量Vfを検出するよう
すればよい。また燃料蒸発量Vfは、飽和蒸気圧Psによっ
て大きく変化するので、飽和蒸気圧Psをパラメータとす
る次式（５） Vf＝β４・Ps …（５） （但し、β4:定数） を用いて近似的に求めるようにしてもよい。

次に内燃機関のシリンダ内に吸入された燃料料fc
（ｋ）は、内燃機関に供給された燃料混合気の燃空比λ
（ｋ）とシリンダ内に流入した空気量ｍ（ｋ）とから、
次式（６）のように記述できる。

fc（ｋ）＝λ（ｋ）・ｍ（ｋ） …（６） ここでシリンダM3内に流入する空気量ｍは、例えば吸
気管圧力Ｐと吸気温度Tiと内燃機関M2の回転速度ωとを
パラメータとする次式 ｍ＝｛βｘ（ω）・Ｐ−βｙ（ω）｝/Ti …（6.5） により容易に算出することができる。このため空気量ｍ
は、吸気管圧力Ｐ及び吸気温度Tiを周知の吸気圧センサ
及び吸気温センサにより検出し、その検出結果と上記回
転速度センサによる検出結果とに基づき上式を用いて求
めることで検出することができる。また吸気管圧力Ｐと
回転速度ωとをパラメータとするマップにより基本空気
量ｍを求めその算出結果を吸気温度によって補正するこ
とで空気量ｍを検出することもできる。またスロットル
バルブ上流に周知のエアフロメータを設けて吸気管M1内
に流入する空気量を検出し、その検出結果に基づき吸気
行程時にシリンダM3内に流入する空気量ｍを推定するよ
うにしてもよい。

したがって上記各式の係数α１〜α６をシステム同定
の手法により決定すれば、次式（７）及び（８）に示す
如く、内燃機関の吸気サイクルをサンプリング周期とし
て離散系で表現された、吸気管壁面への付着燃料量と蒸
発燃料量とを状態変数とする状態方程式（７）及び出力
方程式（８）を得ることができる。これらの状態方程式
（７）と出力方程式（８）とにより、内燃機関のシリン
ダ内に流する燃料の挙動を記述する物理モデルが表され
る。

付着燃料量fw及び蒸発燃料量fvは、回転速度ωのよう
にセンサを用いて直接検出できず、また燃料の蒸発量Vf
や空気量ｍのようにセンサによる検出結果をパラメータ
とする演算式等を用いて間接的に検出することもできな
いので、上記物理モデル（具体的には（７）式の状態方
程式）又は該物理モデルに基づき設定された演算式を用
いて、推定するようされているのである。

尚この推定の手段としては、例えば、最小次元オブザ
ーバ（Minimal Order Observer）、同一次元オブザー
バ（Identity Observer）、有限整定オブザーバ（Dead
Beat Observer）、線形関数オブザーバ（Linear Fu
nction Observer）或は適応オブザーバ（Adaptive Ob
server）として、古田勝久他著「基礎システム理論」
（昭和53年）コロナ社、或は古田勝久他著「メカニカル
システム制御」（昭和59年）オーム社等、に詳解されて
いる周知の設計法によりオブザーバとして構成してもよ
く、上記（７）式をそのまま用いて状態変数を算出する
よう構成してもよい。こうして求めた付着燃料量，蒸発
燃料量の推定値fw,fv、や１サイクルあたりの蒸発量Vf/
ω、および空気量ｍと目標燃空比λｒとの積（即ちシリ
ンダ内に流入させる目標燃料量）λrmに基づいて、内燃
機関の燃料量制御装置は、燃料噴射弁からの燃料噴射量
ｑを算出する。

推定手段M1は、内燃機関の回転停止後、吸気管におけ
る機関停止中の燃料の挙動を次式（９）にて記述した物
理モデルに基づき、付着燃料量fwと蒸発燃料量fvとを算
出するものである。

ここでＰおよびＱは、それぞれ、１サイクルあたりに
吸気管外部にリークせず吸気管内に溜る付着燃料量及び
蒸発燃料量の割合を示し、実験的に値が定まる。したが
って、ＰおよびＱがほぼ値１であるときには、機関の停
止後の空気管はほとんどリークがない密閉した系である
ことを示す。Ｄ（ｋ）は吸気管壁面に付着した燃料が１
サイクルあたりに吸気管内に蒸発する蒸発速度を示す。
機関が停止すると吸気管内の圧力は変化しないので、Ｄ
（ｋ）は吸気管壁面の温度のみの関数となる。また、推
定手段M1は、演算式（９）にもとづく付着燃料量fw,蒸
発燃料量fvの推定を、機関の停止後からの次の始動まで
くりかえし継続しても、ある状態に至ったら途中で停止
してもよい。前者のとき、くりかえしの周期は１秒毎と
いった固定値に設定しても、あるいは吸気管壁面の温度
に応じて変化させてもよく、機関停止直後の温度下降の
激しいときには短い周期とし機関停止から暫く経過して
温度が一定になると長い周期（たとえば１時間）に設定
してもよい。後者のとき、推定の停止条件として fv（ｋ＋１）＝ｆ（ｋ） （Ｐ≠1,Q≠１で定常状態に至ったとき）、 fv（ｋ＋１）≧Ｖ×ｇ （Ｐ＝Ｑ＝１で飽和状態に至ったとき V:吸気管内容積 g:飽和蒸気密度） fw＝０ （総てリークしてしまい付着燃料量fwがなくなってしま
ったとき）、等を挙げることができる。

推定手段M1が機関停止後の推定の際に用いる付着燃料
量および蒸発燃料量の初期値として、物理モデル（式
（７），（８））により定まる停止直後の状態変数fw,f
vを用いてもよく、あるいは機関の回転停止前であって
も停止前の噴射量ｑと回転速度ωとからマップや演算式
にもとづいて推定した値を用いても、さらには単に固定
値を用いてもよい。

初期値設定手段M2は内燃機関の再始動時に推定手段M1
によって推定された付着燃料量と蒸発燃料量とを前記燃
料噴射量の制御における状態変数fw,fvの初期値として
設定するものであって、始動時の燃料増量を考慮し、予
め推定手段M1により推定された付着燃料量fw,蒸発燃料
量fvから始動時の増量分を減じた量を状態変数fw,fvの
初期値としてもよい。

［作用］ 本発明の内燃機関の燃料噴射量制御装置は、内燃機関
の回転中は、内燃機関のシリンダ内に流入する燃料の挙
動を前述の式（７）、（８）にて記述した物理モデルに
則って、付着燃料量fwおよび蒸発燃料量fvを求め、燃料
噴射弁からの燃料噴射量ｑを制御する。このため、単一
の制御則に基づき、内燃機関の広範囲な運転条件下で燃
料噴射量を精度よく制御することができる。

一方、内燃機関の停止後は、推定手段M1が、吸気管に
おける機関停止中の燃料の挙動を前述の式（９）にて記
述した物理モデルに基づき、付着燃料量fwと蒸発燃料量
fvとを推定し、内燃機関の再始動時には、初期値設定手
段M2が、推定手段M1によって推定された付着燃料量fwと
蒸発燃料量fvとを燃料噴射量ｑの制御における状態変数
の初期値として設定する。

つまり、再始動時に吸気管内に残溜している燃料量を
正確に求めることができ、それを燃料噴射量ｑの制御に
おける状態変数fw、fvの初期値として設定するから、再
始動時に余分に燃料を供給してしまうことはなく、再始
動時の始動特性を改善できる。

［実施例］ 以下本発明の実施例を図面と共に説明する。

まず第２図は本発明が適用された内燃機関２及びその
周辺装置の構成を表す概略構成図である。

図示するように、吸気管４には、吸入空気を洗浄する
エアクリーナ６、吸気量を制御するためのスロットルバ
ルブ８、吸気の脈動を抑えるためのサージタンク10、そ
の内部の圧力（吸気管圧力）Ｐを検出する吸気圧センサ
12、及び吸気温度Tiを検出する吸気温センサ13が備えら
れている。

一方排気管14には、排気中の酸素濃度から内燃機関２
のシリンダ2a内に流入した燃料混合気の燃空比λを検出
するための酸素センサ16や、排気を浄化するための三元
触媒コンバータ18が備えられている。

また当該内燃機関２には、その運転状態を検出するた
めのセンサとして、上記吸気圧センサ12、吸気温センサ
13及び酸素センサ16の他、ディストリビュータ20の回転
から内燃機関２の回転速度ωを検出するための回転速度
センサ22、同じくディストリビュータ20の回転から内燃
機関２への燃料噴射タイミングｔを検出するためのクラ
ンク24、及び内燃機関２のウォータジャケットに取り付
けられ、冷却水温Ｔを検出する水温センサ26が備えられ
ている。尚ディストリビュータ20はイグナイタ28からの
高電圧を所定の点火タイミングで点火プラグ29に印加す
るためのものである。上記各センサからの検出信号は、
マイクロコンピュータを中心とする論理演算回路として
構成された電子制御回路30に出力され、燃料噴射弁32を
駆動して燃料噴射弁32からの燃料噴射量を制御するのに
用いられる。

電子制御回路30は、予め設定された制御プログラムに
従って燃料噴射量制御のための演算処理を実行するCPU4
0、CPU40で演算処理を実行するのに必要な制御プログラ
ムや初期データが予め記録されたROM42、同じくCPU40で
演算処理を実行するのに用いられるデータが一時的に読
み書きされるRAM44、上記各センサからの検出信号を入
力するための入力ポート46、及びCPU40での演算処理に
応じて燃料噴射弁32に駆動信号を出力するための出力ポ
ート48、等から構成され、内燃機関２のシリンダ2a内に
流入する燃料混合気の燃空比λが内燃機関２の運転状態
に応じて設定される目標燃空比λｒになるよう燃料噴射
弁32からの燃料噴射量ｑをフィードバックするよう構成
されている。次にこのフィードバック制御に使用される
制御系を第３図に示すブロックダイヤグラムに基づいて
説明する。尚、第３図は制御系を示す図であって、ハー
ド的な構成を示すものではなく、実際には第４図のフロ
ーチャートに示した一連のプログラムの実行により、離
散系として実現される。また本実施例の制御系は、内燃
機関の回転中において前述の（７）及び（８）式に示し
た物理モデルに基づき設計されており、内燃機関の停止
中においては前述の（９）式に示した物理モデルに基づ
き設計されている。

第３図に示すように、本実施例の制御系では、まず上
記水温センサ26で検出された冷却水温Ｔは第１演算部P1
に入力される。すると第１演算部P1では、その入力され
た冷却水温Ｔが前述の（４）式の如き演算式を用いて吸
気管４内での燃料の飽和蒸気圧Psに変換され、更にその
変換された飽和蒸気圧Psが、前述の（５）式の如き演算
式により吸気管４の壁面に付着した燃料の蒸発量Vfに変
換される。またその変換された蒸発量Vfは除算部P2に入
力され、上記回転速度センサ22を用いて検出される内燃
機関２の回転速度ωによって除算される。そしてその除
算結果Vf/ωは係数f5乗算部P3に入力され、予め設定さ
れた係数f5が乗算される。

一方回転素度センサ22により検出される回転速度ω
は、吸気圧センサ12により検出される吸気管圧力Ｐや吸
気温センサ13により検出される吸気温Tiと共に第２演算
部P4にも入力される。第２演算部P4は、上述の（6.5）
式の如き演算式を用いて内燃機関２の回転速度ωと吸気
管圧力Ｐと吸気温度Tiとからシリンダ2a内に流入する空
気量ｍを算出するためのもので、その算出結果は、第１
乗算部P5及び第２乗算部P6に出力される。そして第１乗
算部P5では、上記酸素センサ16により検出されるシリン
ダ2a内に流入した燃料混合気の燃空比λと第２演算部P4
で算出された空気量ｍとが乗算され、これによってシリ
ンダ2a内に実際に流入した燃料量（実燃料量）λｍが算
出される。

また第２乗算部P6では、内燃機関２の負荷に応じて設
定される目標燃空比λｒと第２演算部P4で算出された空
気量ｍとが乗算され、これによってシリンダ2a内に流入
すべき燃料量（目標燃料量）λrmが算出される。そして
乗算部P6で算出された目標燃料量λrmは係数f4乗算部P7
に入力され、予め設定された係数f4が乗算される。

また第１乗算部P5及び第２乗算部P6の算出結果は共に
偏差算出部P8に入力され、その偏差ｍ（λ−λｒ）が算
出される。そしてその算出結果は逐次加算部P9で加算さ
れ、その算出結果には係数f3が乗算部P10で予め設定さ
れた係数f3が乗算される。

上記第１乗算部P5で算出された実燃料量λｍ及び除算
部P2の乗算結果Vf/ωはオブザーバP11にも出力される。
オブザーバP11は、第１のオブザーバと第２のオブザー
バとを有し、内燃機関の回転中においては第１のオブザ
ーバが予め設定された演算式を用いて、実燃料量λｍ
と、除算部P2の除算結果Vf/ωと、燃料噴射弁32からの
燃料噴射量ｑと、前回推定した吸気管４壁面への付着燃
料量ｗ及び吸気管４内での蒸発燃料量ｖとから、付
着燃料量fwと蒸発燃料量fvとを推定する。その推定結果
ｗ及びｖには、夫々、係数f1乗算部P12及び係数f2
乗算部P13で係数f1及びf2が乗算される。

さらに、これらの乗算部P12及びP13からの乗算結果
は、他の乗算部P4、P7、P10での乗算結果と共に、加算
部P14〜P17で加算され、これによって燃料噴射弁32から
の燃料噴射量ｑが決定される。

一方、内燃機関の停止中においては第２のオブザーバ
が第１のオブザーバから回転停止直後の付着燃料量およ
び蒸発燃料量の推定値w,ｖを読み込み、この値を初
期値として予め設定された演算式を用いて付着燃料量
ws及び蒸発燃料量vsをくりかえし推定する。内燃機関
が再始動するとき、第２オブザーバは推定した付着燃料
量wsおよび蒸発燃料量vsを第１のオブザーバに戻
し、第１のオブザーバはこの値ws,vsを再始動時の
初期値wo,voとする。

次に上記第３図の制御系の設計方法について説明す
る。尚、この種の制御系の設計方法としては、例えば、
古田勝久著「実システムのデジタル制御」システムと制
御,Vol.28,ωo.12（1984年）計測自動制御学会等に詳し
いので、ここでは簡単に説明する。また本実施例で、ス
ミス−デェビソン（Smith−Davison）の設計法を使用す
るものとする。

上述した本実施例の制御系は、前述の（７）及び
（８）式に示した物理モデルに基づき設計されている。
つまり、非線形な物理モデルである式（７），（８）に
対して次の処理を行う。

（１）変数を置き換えて線形化し、 （２）外乱を考慮し、 （３）サーボ系に拡大し、 （４）評価関数を求めてパラメータを定め、最適フィー
ドバックゲインＦを算出する。

この結果、本実施例では式（11）を得ることができ、
第３図に示す制御系ができあがる。

次にオブザーバP11は、上式（11）における吸気管４
壁面への付着燃料量fw及び吸気管４内での蒸発燃料量fv
を直接測定できないため、その値を推定するためのもの
であり、内燃機関の回転中においては第１のオブザーバ
が推定を行ない、内燃機関の停止後においては第２のオ
ブザーバが推定を行なう。オブザーバの設計方法として
はゴピナスの設計法等が知られており、「基礎システム
理論」（前掲書）等に詳しいので、ここでは最小次元オ
ブザーバを設計するものとし、その設計について簡単に
説明する。上述の（７），（８）式を線形変換してやる
と、オブザーバの一般系は、次式（12）のように定ま
る。

これにより付着燃料量fw及び蒸発燃料量fvが推定でき
る。

第２のオブザーバは、機関の回転停止後の吸気管にお
ける燃料の挙動を記述した物理モデル次式（13）に則っ
て、再始動時に吸気管に残溜している付着燃料量wsお
よび蒸発燃料量vsを推定するものである。

ここでP,Qは機関の停止後、燃料が１周期あたりにリ
ークせず吸気管内に溜っている割合を示し、実験的に定
まる。Ｄ（ｋ）は吸気管に付着した付着燃料が１周期あ
たりに蒸発する蒸発速度を示す。第２のオブサーバは、
第１のオブサーバの機関停止直前の付着燃料量ｗおよ
び蒸発燃料量ｖを初期値として、周期１秒毎に式（1
3）に則ってくりかえし付着燃料量ws,および蒸発燃料
量vsを推定する。推定値ws,vsが収束し、 vs≧Ｖ×ｇ （V:吸気管内容積 g:飽和蒸気密度） あるいは ws＝０ のいずれかの条件式を満足したとき、第２のオブザーバ
は推定値ws,vsを保持し推定を終了する。

次に電子制御回路30で実行される燃料噴射制御を第４
図に示すフローチャートに基づいて説明する。なお、以
下の説明では現在の処理において扱われる量を添字
（ｋ）で表す。

当該燃料噴射制御は内燃機関２の運転開始と共に起動
され、内燃機関２の運転中常時繰り返し実行される。

処理が開始されると、まずステップ100を実行して、
予めRAM44にストアされている付着燃料量の推定値ws,
蒸発燃料量の推定値vsおよび初期の噴射量q₀をそれぞ
れ付着燃料量w o、蒸発燃料量v o、燃料噴射量ｑ、
に入力して初期設定し、ステップ110で実燃料量λｍと
目標燃料量λrmとの偏差の積分値Smλを０に設定する。
そして続くステップ120では、上記各センサからの出力
信号に基づき、燃空比λ（ｋ）、吸気管圧力Ｐ（ｋ）、
吸気温度Ti（ｋ）、内燃機関２の回転速度ω（ｋ）、冷
却水温Ｔ（ｋ）を求め、ステップ130に移行する。

ステップ130では、上記ステップ120で求めた吸気管圧
力Ｐ（ｋ）と、内燃機関２の回転速度ω（ｋ）とに基づ
き、内燃機関２の負荷に応じた目標燃空比λｒを算出す
る。尚このステップ130では、通常、燃料混合気の空気
過剰率が１（即ち理論空燃比）となるよう目標燃空比λ
ｒが設定され、内燃機関２の高負荷運転時等には燃料を
通常より増量して内燃機関の出力を上げるため、目標燃
空比λｒがリッチ側に設定され、内燃機関２の軽負荷運
転時等には、燃料を通常より減量して燃費を向上するた
め、目標燃空比λｒがリーン側に設定される。

ステップ130で目標燃空比λｒ（ｋ）が設定される
と、今度はステップ140に移行し、上記ステップ120で求
めた吸気管圧力Ｐ（ｋ）と吸気温度Ti（ｋ）と内燃機関
２の回転速度ω（ｋ）とに基づき、前述の（6.5）式に
示した如き演算式またはデータマップを用いてシリンダ
2a内に流入する空気量ｍ（ｋ）を算出する、前記第２演
算部P3としての処理を実行する。

また続くステップ150では、上記ステップ120で求めた
冷却水温Ｔ（ｋ）に基づき吸気管壁面での飽和蒸気圧Ｐ
S（ｋ）を求め、その値と吸気管圧力Ｐ（ｋ）とから吸
気管壁面に付着した燃料の蒸発量Vf（ｋ）を算出し、更
にその算出結果を内燃機関２の回転速度ω（ｋ）で除算
することで、前回の吸気行程から次の吸気行程迄の間に
吸気管４壁面からの燃料の蒸発量Vf（ｋ）（即ち、Vf
（ｋ）／ω（ｋ））を算出する第１演算部P1及び除算部
P2としての処理を実行する。

そして続くステップ160では上記ステップ120で求めた
燃空比λ（ｋ）と上記ステップ150で求めた空気量ｍ
（ｋ）とを乗算して、前回の吸気行程時にシリンダ2a内
に流入した実燃料量λｍ（ｋ）を算出する第１乗算部P5
としての処理を実行し、ステップ170に移行する。

ステップ170では、上記ステップ160で求めた実燃料量
λｍ（ｋ）と、前回の燃料噴射量ｑと、上記ステップ15
0で求めた吸気管壁面からの燃料蒸発量Vfw（ｋ）と、前
回求めた付着燃料量wo及び蒸発燃料量voと、に基づ
き前記（12）の演算式を用いて付着燃料量ｗ（ｋ）及
び蒸発燃料量ｖ（ｋ）を推定するオブザーバP11の第
１のオブザーバとしての処理を実行する。

このようにステップ170で付着燃料量fwが推定される
と、ステップ180に移行し、その付着燃料量の推定値
ｗが負であるか否かを判断する。そして推定値ｗが負
である場合には、ステップ190でその値を０に制定して
ステップ200に移行し、推定値ｗが０以上であればそ
のままステップ270に移行する。

尚、このステップ180及びステップ190の処理は、内燃
機関が例えば冷却水温80℃以上の高温時に軽負荷低回転
で運転された場合に、吸気行程毎に算出される吸気管壁
面付着燃料の蒸発量Vf/ωが大きくなって、吸気管壁面
の付着燃料量fwが負の値として推定されることが考えら
れるからである。

そして続くステップ270では、上記ステップ130で設定
した目標燃空比λｒ（ｋ）と上記ステップ140で求めた
空気量ｍ（ｋ）とを乗算して、シリンダ2a内に流入する
目標燃料量λrm（ｋ）を算出する、第２乗算部P6として
の処理を実行した後、ステップ280に移行する。

ステップ280では、前回求めた実燃料量λｍと目標燃
料量λrmとの偏差の積分値Smλと、上記ステップ170で
設定された付着燃料量ｗ（ｋ）及び蒸発燃料量ｖ
（ｋ）と、ステップ270で求めた目標燃料量λrm（ｋ）
と、ステップ150で求めた燃料蒸発量Vfw（ｋ）とから、
前述の（11）式を用いて燃料噴射量ｑ（ｋ）を算出し、
ステップ290に移行する。

するとステップ290では、上記クランク角センサ24か
らの検出信号に基づき決定される燃料噴射タイミング
で、上記ステップ190で算出された燃料噴射量ｑ（ｋ）
に応じた時間燃料噴射弁32を開弁して実際に燃料噴射を
行なう燃料噴射制御が実行される。

ステップ290で燃料噴射制御が実行され、内燃機関２
への燃料供給が一旦終了すると、次にステップ300に移
行し、上記ステップ160で求めた実燃料量λｍ（ｋ）と
ステップ270で求めた目標燃料量λrm（ｋ）との偏差
を、前回求めた積分値Smλに加算して積分値Smλ（ｋ）
を求める逐次加算部P10としての処理を実行し、ステッ
プ310に移行する。そしてステップ310では、次回の処理
で付着燃料量ｗ及び蒸発燃料量ｖを推定するために
用いる付着燃料量及び蒸発燃料量の基準値wo、voと
して、ステップ170で設定された付着燃料量ｗ（ｋ）
及び蒸発燃料量ｖ（ｋ）を設定する。機関の回転中は
くりかえしステップ120に移行し本ルーチンを実行して
燃料噴射を行うが、機関の回転が停止するとステップ33
0以降の処理に移行する（ステップ320）。尚、イグニッ
ションキー（図示せず）がオフされ燃料噴射が中止され
ても機関が回転し続けている間は、ステップ120〜ステ
ップ320の処理を実行しｗ（ｋ），ｖ（ｋ）,q
（ｋ）を算出する。機関の回転が完全に停止すると、停
止直前の付着燃料量ｗおよび蒸発燃料量ｖを初期値
として１秒おきに式（13）にもとづき付着燃料量ws
（ｋ＋１）および蒸発燃料量vs（ｋ＋１）を算出し
（ステップ330）、算出する度にws,vsをRAM44にス
トアして値を更新する（ステップ340）。つづいて、ス
テップ350で付着燃料量ws（ｋ＋１）及び蒸発燃料量
vs（ｋ＋１）が収束したかどうかを調べる。つまり、
P,Qの値がほぼ１であってリークがほとんどなく吸気管
内部が飽和蒸気圧に至ったとき（vs（ｋ＋１）≧Ｖ×
ｇ）、あるいは完全にリークしてws（ｋ＋１）が零に
なってしまったときには第２のオブザーバによる推定演
算を中止して本ルーチンを終える（ステップ360）。し
たがって、メモリRAM44にストアされている推定値ws,
vsは機関の再始動時に燃料噴射量ｑ算出のための初期
値wo,voとして用いられる。

このように本実施例の燃料噴射量制御装置は、機関の
回転中にあっては回転に同期して第１のオブザーバによ
り付着燃料量w,蒸発燃料量ｖを推定し、この推定値
w,ｖを用いて燃料噴射量ｑを算出し燃料噴射弁32か
らの燃料噴射を制御するが、機関の回転停止後において
は、第１のオブザーバの停止直前の推定値w,ｖを初
期値として周期１秒毎に第２のオブザーバにより停止後
のws,vsを推定して保持し、推定値ws,vsが収束
したら第２のオブザーバの推定を中止する。したがっ
て、保持された指定値ws,vs,は再始動時の状態変数
の初期値wo,voとして用いられる。

以上説明したように本実施例の燃料噴射制御装置で
は、制御則が内燃機関２における燃料の挙動を記述した
物理モデルに基づき設定される。このため内燃機関２の
吸気管温度、即ち内燃機関２の暖機状態によって変化す
る燃料の挙動をVfw（即ちVf/ω）によって非線形補償す
ることができ、単一の制御則によって燃料噴射量を制御
することができる。従って従来のように内燃機関の運転
状態に応じて制御則を変更するといった複雑な制御が不
要となり、制御系の簡素化を図ることができる。

しかも、本実施例の燃料噴射量制御装置は機関停止後
の吸気管４における燃料の挙動を記述した物理モデルに
則って、停止後の付着燃料量wsおよび蒸発燃料量vs
を推定するので、再始動時の吸気管４内に残溜している
燃料量を正確に求めることができる。したがって再始動
時に余分に燃料を供給してしまうことなく再始動時のア
イドル特性を改善できる。この結果、噴射弁32への燃料
の被りやエンジンストールを防止できる他、排ガスの浄
化や燃費の向上を図ることができる。特に、停止後短時
間のうちに再始動する場合には残溜燃料量が多いので大
きな効果をあげることができる。

発明の効果 以上説明したように本発明の内燃機関の燃料噴射量制
御装置によれば、内燃機関における燃料の挙動を記述し
た物理モデルに則って制御則が設定され、単一の制御則
に基づき内燃機関の広範囲な運転条件下で燃料噴射量を
精度よく制御することができる。

しかも、本発明の内燃機関の燃料噴射量制御装置は推
定手段により機関停止後の吸気管における燃料の挙動を
記述した物理モデルに則って、停止後の付着燃料量およ
び蒸発燃料量を推定するので、再始動時の吸気管内に残
溜している燃料量を正確に求めることができるという優
れた効果を奏する。したがって、再始動時に余分に燃料
を供給してしまうことなく再始動時のアイドル特性を改
善できる。この結果、噴射弁への燃料の被りやエンジン
ストールを防止できる他、排ガスの浄化や燃費の向上を
図ることができる。特に、停止後短時間のうちに再始動
する場合には残溜燃料量が多いので大きな効果をあげる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を例示するブロック図、第２図は
実施例の内燃機関及びその周辺装置を表す概略構成図、
第３図は同じくその制御系を示すブロックダイヤグラ
ム、第４図は同じくその制御を示すフローチャート、で
ある。 ４……吸気管、２……内燃機関 2a……シリンダ、12……吸気圧センサ 13……吸気温センサ、16……酸素センサ 20……回転速度センサ、26……水温センサ 30……電子制御回路、32……燃料噴射弁

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】吸気管壁面への付着燃料量fw及び該吸気管
   内での蒸発燃料量fvを状態変数とし、燃料噴射弁からの
   燃料噴射量ｑ、内燃機関の回転速度ω、吸気管壁面付着
   燃料の蒸発量Vf、シリンダ内に流入した燃料混合気の燃
   料と空気の比を表す燃空比λ、及びシリンダ内に流入す
   る空気量ｍに基づき内燃機関のシリンダ内に流入する燃
   料の挙動を、 （ここで、ｋは吸気行程におけるｋ番目のサイクルを示
   し、α２〜α６は所定の値を示す。） なる式にて記述した物理モデルに則って、内燃機関の回
   転中は内燃機関の前記付着燃料量fwと蒸発燃料量fvとを
   求め、燃料噴射弁からの燃料噴射量ｑを制御する内燃機
   関の燃料噴射量制御装置であって、 内燃機関の回転停止後、１サイクルあたりに吸気管外部
   にリークせず吸気管内に溜る付着燃料量の割合Ｐ、１サ
   イクルあたりに吸気管外部にリークせず吸気管内に溜る
   蒸発燃料量の割合Ｑ及び吸気管壁面付着燃料の蒸発速度
   Ｄに基づいて吸気管における機関停止中の燃料の挙動
   を、 （ここで、ｋは吸気行程におけるｋ番目のサイクルを示
   す。） なる式にて記述した物理モデルに基づき前記付着燃料量
   fwと蒸発燃料量fvとを推定する推定手段と、 内燃機関の再始動時に、該推定手段によって推定された
   付着燃料量fwと蒸発燃料量fvとを前記燃料噴射量ｑの制
   御における状態変数の初期値として設定する初期値設定
   手段と、 を備えた内燃機関の燃料噴射量制御装置。
2. 【請求項２】推定手段は、推定される付着燃料量fwが所
   定量以下となった時および／または蒸発燃料量fvが飽和
   状態となったとき前記付着燃料量fwと蒸発燃料量fvとの
   推定を中止する推定中止手段を備える特許請求の範囲第
   １項記載の内燃機関の燃料噴射量制御装置。