JP2753278B2

JP2753278B2 - エンジンの制御装置

Info

Publication number: JP2753278B2
Application number: JP26149488A
Authority: JP
Inventors: 信補 ▲高▼橋; 照治瀬古沢; 真塩谷; 誠壽舩橋
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-10-19
Filing date: 1988-10-19
Publication date: 1998-05-18
Anticipated expiration: 2013-05-18
Also published as: JPH02108834A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、自動車エンジンの制御方法に係り、特に、
その燃料噴射制御方法に関する。

〔従来の技術〕

従来のエンジンの電子式制御装置では、現時点の吸入
空気量検出値から次行程の燃料供給量を決定し、燃料の
制御を行つている。

上記従来技術では、過渡的に約一行程分の空気量検出
誤差が生じるため燃料供給量を適正値に保つことが難か
しく、空燃比を高精度に制御することが困難という問題
があつた。又、空気量検出誤差を対症療法により補償し
ているため開発工数を要するという問題があった。

上記問題を理論的に解消する従来法としては、特願昭
62−084737号記載の方法があるが、計算負荷が大きく現
状の８ビツトマイコンへの搭載は困難という問題があ
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の第１の目的は、現在までの計測値の時系列デ
ータから、その未来値を精密に予測できるエンジンの制
御装置を提供することにある。

また、本発明の第２の目的は、上記の問題点を解消し
たエンジンの制御装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、第１の目的を達成するため、自動車エンジ
ンの電子式制御装置において、（１）スロツトル開度の所定時間内における変位から車
両の加減度の大きさを表わす加減速レベルを判定する手
段（２）現時点までの計測データからデイジタル進みフイ
ルタによりその未来値を予測、出力する手段、（３）前記加減速レベルに応じて前記予測手段による予
測処理だけでは不足、あるいは、過剰となる計測量を算
出、該算出値に前記予測手段の出力を加算し計測データ
の未来値を算出する補正手段、を設ける。

又、第２の目的を達成するため、上記手段を吸入空気
量等のエンジン運転状態の検出値の未来値予測に適用
し、該予測値に基づいて燃料の制御を行うようにする。

〔作用〕

前記予測手段は、現時点までの計測データから進みフ
イルタによりその未来値を予測するもので計測値が滑ら
かに変化している場合は、精度の良い予測が可能であ
る。

前記補正手段は、計測データが一定値に落ちついてい
る状態から比較的速く変化し始めた場合に、前記進みフ
イルタによる予測処理だけだは不足、又は、過剰となる
計測量を算出、算出値に予測手段による予測値を加算
し、計測データの未来値を算出するもので、これにより
過渡状態初期の予測精度が確保される。

又、上記予測方法をエンジンの吸入空気量の予測に適
用すれば、一行程先の吸入空気量が精度良く予測でき、
予測値に基づいて燃料供給量を制御することにより空燃
比の高精度な制御が可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図から第６図により説明
する。

第１図は、本発明の計測データの未来値を予測する手
段の構成を示す図であり、加減速レベル判定手段12、予
測手段11、補正手段13より成つている。以下、各手段の
動作を説明する。

予測手段11は、現時点までの計測データからデイジタ
ル進みフイルタにより、その所望時刻先の未来値を予測
するものである。

進みフイルタによる予測法としては、マイコンでの処
理を考えると簡易なものが望ましく、その一例として次
のものがある。

（ｉ）計測データの単位時間当りの増分（計測データの
時間による１段微分値）が、所定時間範囲内で保存され
るとして現時点までの計測値から、その未来値を予測す
る。

（ii）前記増分の単位時間当りの増分（計測データの時
間による２階微分値）が、所定時間範囲内で保存される
として現時点までの計測値から、その未来値を予測す
る。

計測値の時系列データをＳ（ｉ）（ｉ＝1,2,…ｋ）デ
ータのサンプリング周期をΔｔ、時刻ｋにおける時間Ｔ
だけ先の予測値を（ｋ）とすると（ｉ）（ii）により
予測式は次のようになる。

以上、予測手段では、（１），（２），（３）式を利
用して現時点までの計測値から、その未来値を予測し、
その値を出力する。

なお、以上述べた方法では、計測データの１階あるい
は２階微分値が保存されるとして、その未来値を予測し
たが、計測データのｎ階微粉値（ｎは３以上の整数）が
保存されるとして未来値を予測することも可能である。

又、計測データの未来値を予測するのに、ある時間範
囲は計測データのｎ階微分値が保存され、かつ、別のあ
る時間範囲は計測データのｎ階微分値（ｍ≠ｎ）が存在
されるというように、未来までの時間を数分割し、それ
ぞれの分割時間領域で計測データの数階微分値が保存さ
れるとして計測データの未来値を予測するという方法を
とることもできる。

例えば、現時刻ｋにおいて、時刻ｋ＋１までの時間領
域で計測データの２階微分値が保存され、かつ時刻ｋか
ら先の時間領域で計測データの１階微分値が保存される
とした時の時間Ｔだけ先の計測値の予測式は次のように
なる。

Ｓ（ｋ）：計測データ（ｋ）：予測方法 Δｔ：計測データのサンプリング周期又、上記の未来値予測方法の少なくとも２つ以上の方
法による予測値の加乗平均から計測データの未来値を算
出することもできる。すなわち各方法による予測値を
ｉ（ｋ）（ｉ＝1,2,3…,n）とする時、次式により計測
データの未来値（ｋ）を算出することもできる。

又、上記予測処理は、計測データに含まれるノイズ
（高周波成分）を増幅するので予測の即応性が要求され
ない場合は必要時以外予測処理を行なわない方が良い。
そこで、予測の即応性が要求されない場合、予測手段
は、計測データが変化している過渡状態においてのみ予
測処理を行い、データが一定値に落ちついている定常状
態では、予測処理を行なわず計測データをそのまま出力
する。

なお、予測の即応性が要求される場合や計測データが
変化している過渡状態において予測処理によるノイズの
増幅を避けたい場合は、予測値に例えば次式の伝達関数
で表わされる１次、あるいは、２次のローパスフイルタ
を施すようにする。

あるいはここで、（６）式のδおよびω_ｎは、それぞれ正の定
数を示す。また、（７）式のＴも正の定数を示す。

そして、フイルタ出力を計測データの未来値として予
測手段の出力とする。なお、（５），（６）式中の定数
ω_n,Tは、計測データのサンプリング周期をΔｔ（sec）
とする時、大体、次式の範囲の周波数成分を除去できる
よう設定する。

（５），（６）式のフイルタは、エンジンの電子式制
御装置では、それぞれ次に示す離散式のかたちで利用さ
れる。

ここに、ｕ（ｋ）：フイルタへの入力ｙ（ｋ）：フイルタの出力 Δｔ：データのサンプリング周期ここで、（５），（６）式の導出には中心差分を用い
ている。

次に、加減速レベル判定手段の動作を説明する。加減
速レベル判定手段は、スロツトル開度の所定時間内にお
ける変位Δθ_thから車両の加減速の大きさを表わす加減
速レベルを判定する。

加減速レベルは、例えば次のように設定する。

なお、｜Δθ_th|＜m₁の状態にある時は、加減速状態
にない（加減速レベル０）と見なす。

加減速レベル判定手段12では、上式に従い加減速レベ
ルを判定し、その結果を補正手段13に送る。

次に補正手段13の動作を説明する。第２図は、補正手
段13の構成を示す図である。補正手段13では、加減速レ
ベルと加減速を開始してからの経過時間を２軸にもつ２
次元マツプを有し、まず、判定された加減速レベルと経
過時間から上記マツプを検索し、その検索値に計測デー
タを進めようとする時間Ｔを乗じ、前記予測処理では、
不足、過剰となる計測量を算出する。次に、算出計測量
に予測手段11の出力を加算し、計測データの所望時刻先
の真の未来値を出力する。

第３図は、スロツトルをステツプ状に変化させた時の
空気量計測値の応答、その応答を所望時刻t₀だけ進めた
応答、計測値の応答を前記予測処理により時間t₀だけ進
めた応答を示すものである。

この図からもわかるように、計測値が一定の状態から
比較的速く応答し始めた時、応答開始後の数時間は、前
記予測処理により所望時間t₀だけ先の応答が正確に予測
し得ないことがわかる。補正手段13は、この不都合を補
うためのもので、予め加減速レベルに応じて予測処理だ
けでは不足、過剰となる計測量に相当する量をマツプに
記憶しておき、これにより予測処理を施した計測値を補
正することで加減速初期における予測精度を確保するも
のである。

第２図のマツプのデータは次のようにして算出する。
スロツトルを一定に保ちエンジンを定常運転した状態か
らスロツトルを加速レベルｉで変化させ、その時の予測
対象となるエンジン状態量を計測する。この計測値の応
答をS₁（ｔ）とすると、応答時間t₀だけ進めた応答はS₁
（ｔ＋t₀）となる。又、応答S₁（ｔ）を前記予測処理に
より進めた場合の応答をS₂（ｔ）とする。この時、前記
マツプの加速レベルｉのデータＤ（ｔ）を次式で算出す
る。

Ｄ（ｔ）は、単位時間先の計測値を予測する場合、前
記予測処理だけでは不足、又は、過剰となる計測量に相
当する。各時刻におけるこの不足、過剰量が計測データ
を進めようとする時間とほぼ比例関係にあると見なす
と、時間Ｔだけ先の計測値を予測する場合、予測処理だ
けでは不足、過剰となる計測値はＴ・Ｐ（ｔ）となる。
すなわち、前記２次元マツプの検索値に時間Ｔを乗じた
ものになる。よつて、この量に、前記予測手段11の出力
を加算すれば、計測データの応答が比較的速い場合でも
計測データの未来値が精度良く予測されることになる。
なお、上記方法では進みフイルタによる予測処理だけで
は不足、過剰となる計測量を加減速レベルのみに対応さ
せて記憶させたが、実際には、エンジン回転数、加減速
初期開度等の影響をうける。よつて、上記マツプの変数
として回転数、加減速初期開度等を導入し、補正精度の
向上を図ることもできる。

以上が計測データの未来値予測方法の説明である。

次に、上記計測データの未来値予測方法をエンジンの
吸入空気量の予測に適用し、燃料の制御を行う場合の制
御径の構成、動作について説明する。

ここでは、気筒流入空気量を間接的に検出し、検出値
に基づいて燃料の制御を行うスピードデンシテイ方式、
スロツトルスピード方式のエンジンを対象とする。

前述したように、現状システムでは現時点の空気量の
検出値から次行程の燃料供給量を決定しているため過渡
的に約一行程分の空気量検出遅れが生じ、これにより空
燃比の高精度な精度が困難となつている。

この問題を解決するためには、本来空気量を検出すべ
き時期、すなわち、次行程の正確な気筒流入空気量が検
出される時期と燃料供給量を決定するための空気量を検
出する時期の時間差だけ、上記燃料供給量の決定に使用
する空気量の検出値を進めてやれば良い。

燃料供給量の決定に使用する空気量を検出する時期と
燃料噴射時期がほぼ等しいので、第４図に示すように、
燃料噴射時期を上死点のθ_ｉクランク角度前、吸気行程
を上死点のθ_ｓクランク角度前からθ_ｅクランク角度後
までとすると上記時間量は、クランク角度相当で、ほぼ
次式の範囲にあると考えることができる。

θ_ｉ−θ_ｓ≦θ_ｄ≦θ_ｉ＋θ_ｅ …（12）エンジン回転数とＮ（rpm）とすると、上記時間差T_d
（sec）は、次式の範囲となる。

従つて、前記した予測方法で、（13）式で与えられる
時間T_dだけ先の空気量を予測し、その予測値に基づいて
燃料の制御を行えば、過渡時の空気量の検出の遅れが理
論的に補償され、高精度な空燃比制御が行えることにな
る。

次に、第５図，第６図により上記燃料の制御をデイジ
タル式制御ユニツトで行う場合の制御系の全体構成及び
制御プログラムの動作について説明する。

第５図は、スピードデンシテイ方式（Ｄジエトロニツ
クシステム）を例にとつた場合の燃料噴射制御装置の全
体構成を示す図である。制御ユニツト50は、CPU51,ROM5
2,RAM53,I/OLSI54、タイマ55、及び、それらを電気的に
接続するバス56を備えている。I/OLSI54には、スロツト
ル角センサ57、内圧センサ58、水温センサ59、クランク
角センサ511、酸素センサ512からの信号が入力される。
又、I/OLSI54からはインジエクタ513への信号が出力さ
れる。なお、このI/OLSI54は、A/D変換器、D/A変換器を
備えている。タイマ55は、CPU51に対して一定時間ごと
に割込要求を発生し、この要求に応じてCPU51はROM52内
に格納された制御プログラムを実行する。

次に、第６図により空気量検出値の未来値を予測し、
その予測値に基づいて燃料供給量を決定する制御プログ
ラムの動作を説明する。

10msecごとの割込要求が入つた時、まずステツプ501
で圧力センサ出力をA/D変換し吸気管内圧を求める。次
に、ステツプ502で、クランク角センサ511からの信号に
よりエンジン回転数を求める。

次にステツプ503で、上記吸気管内圧とエンジン回転
数をパラメータとしてRAM53に記憶されたデータテーブ
ルを検索し、エンジン吸入空気量を求め、これをRAM53
の所定番地に記憶する。

次に、ステツプ504では前述した方法で車両が加減速
状態にあるかどうかを判定する。加減速状態にあればス
テツプ505に進み、そうでなければステツプ509に進む。

次にステツプ505では、ステツプ503で求めた吸入空気
量及び、過去の割込時に求めRAM53に記憶している吸入
空気量の時系列データから前述した進みフイルタによる
予測処理、すなわち、（１），（２），（３），
（４），（５）式等を利用して、（13）式の時間T_dだけ
先の吸入空気量の未来値を予測する。なお、（１）〜
（５）式中のΔｔは割込周期（10msec）とする。

次にステツプ506では、スロツトル開度の変位から前
述した方法により加減速レベルを判定する。

次にステツプ507では、加減度レベルと加減速を開始
してからの経過時間からRAMA53に記憶されているデータ
テーブルを検索し、その検索値に、（13）式で与えられ
る吸入空気量を進めようとする時間T_dを乗じ、進みフイ
ルタによる予測処理だけでは不足、過剰となる空気量Δ
Q_aを算出する。

次に、ステツプ508では、進みフイルタによる予測処
理を施した空気量_ａ′に、予測処理だけでは不足過剰
となる空気量ΔQ_aを加算し、吸入空気量の（13）式で与
えられる時間だけ先の真の未来値_ａを算出する。すな
わち、次式により未来値_ａを算出する。

_ａ＝_ａ′＋ΔQ_a …（14）最後に、ステツプ509では、ステツプ504の処理に続く
場合、ステツプ503で算出した空気量Q_aに基づいて（1
5）式により燃料噴射量に相当する燃料噴射パルス幅T_i
を算出し、ステツプ508の処理に続く場合は、ステツプ5
08で求めた空気量の未来値_ａから（16）式により燃料
噴射パルス幅T_iを算出する。

ここに、k :各種補正係数 N :回転数 Ts:無効噴射時間以上で処理を終了し、次回の割込要求があるまで待機
する。

以上述べたプログラムでは、吸入空気量に予測処理を
施してその未来値を求める方法をとつたが吸気管内圧と
回転数の時系列データを記憶しておき、その時系列デー
タから内圧と回転数の未来値を求め、その未来値により
データテーブル検索して吸入空気量を算出するようにし
て、空気量の未来値を求めることもできる。なお、予測
には、前述した予測手段、あるいは、第１図の構成の予
測方法を用いる。

又、以上スピードデンシテイ方式のエンジンへの適用
例を述べたが、スロツトルスピード方式、直接電気量を
検出するマスフロー方式（Ｌジエトロニツクシステム）
の空気量予測にも適用可能である。なお、主にスロツト
ル開度と回転数の検出値から吸入空気量を推定するスロ
ツトルスピード方式では、空気量推定量の時系列データ
からその未来値を予測するのでなく、スロツトル開度と
回転数の未来値を予測し、その予測値に基づいて吸入空
気量を推定することで、空気量の未来値を予測すること
も可能である。ここで、予測には、前述した予測手段、
あるいは、第１図の構成の予測方法を用いる。

以上、空気量の予測値に基づく同期噴射のみによる燃
料の制御の方法を述べたが、非同期噴射を用いて燃料の
制御を行うこともできる。

（14）式を（16）式に代入すると次式が得られる。

上式は、左辺の最初の項を用いて同期噴射のパルス幅
を計算し、左辺の第２項を用いて非同期噴射のパルス幅
を計算できることを意味するものである。

すなわち、進みフイルタによる予測処理を施した空気
量から同期噴射のパルス幅T_iを次式で計算し、非同期噴
射のパルス幅T_i憤加減速レベルに応じて算出した、空気量の予測不足分ΔQ_aから次
式で算出し燃料の制御を行うこともできる。

又、以下空気量の検出遅れを補償するための空気量の
未来値を予測する方法をとつたが、本来制御装置で10ms
ecごとに計算されている基本噴射パルス幅T_pに前述した
予測方法を適用することで空気量の検出遅れを補償する
こともできる。

これは、前述した予測手段、あるいは、第１図の構成
の予測方法で（13）式で与えられる時間だけ先の基本噴
射パルス幅を、過去のデータから予測し、該予測値_ｐ
に基づいて次式により燃料噴射パルス幅T_iを計算するも
のである。

T_i＝ｋ・_ｐ＋T_s …（20）このように、空気量の検出遅れを補償するため空気量
の未来値を予測するのではなく、次行程での正確な吸入
空気量が検出される時期における基本噴射パルス幅を予
測することで空燃比制御の高精度化を図ることも可能で
ある。

〔発明の効果〕

以上、本発明によれば、一行程先の吸入空気量が精度
良く計測できるので、常に燃料供給量を適正値に保持で
き空燃比を高精度に制御することが可能となる。これに
より、排ガス浄化性能、燃費動力性能を向上させること
ができる。

又、従来、前述した過渡時における空気量の検出誤差
を対症療法により補償していたものを、理論的な方法を
補償しているので燃料制御システムの開発工数が低減で
きるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の計測データの未来値予測手段の構成を
示す図、第２図は第１図の補正手段の構成を示す図、第
３図は加速時の空気量の各種応答を示す図、第４図は燃
料噴射及び吸気行程の時期を示す図、第５図は本発明の
燃料噴射制御装置の全体構成を示す図、第６図は吸入空
気量を予測し該予測値に基づいて燃料供給量を決定する
制御プログラムのフローチヤートを示す図である。 11……予測手段、12……加減速レベル判定手段、13……
補正手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者塩谷真神奈川県川崎市麻生区王禅寺1099番地株式会社日立製作所システム開発研究所内 (72)発明者舩橋誠壽神奈川県川崎市麻生区王禅寺1099番地株式会社日立製作所システム開発研究所内

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンの現在までの計測値の時系列デー
タから、将来における計測値である未来値を予測する予
測手段を有し、予測された未来値に基づいて前記エンジ
ンを制御するエンジンの制御装置において、前記エンジンのスロットル開度の所定時間内における変
位から前記エンジンを有する車両の加減速の大きさを表
す加減速レベルを判定する加減速レベル判定手段と、前記加減速レベル判定手段で判定された加減速レベルに
応じて前記予測手段で予測された未来値を補正する補正
手段を有することを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項２】請求項１に記載のエンジンの制御装置にお
いて、前記補正手段は、前記加減速レベルが所定量以上の場合
に前記未来値を補正することを特徴とするエンジンの制
御装置。
【請求項３】請求項１または２に記載のエンジンの制御
装置において、前記補正手段は、加減速レベルおよび加減速開始後の経
過時間を２軸とする２次元マップを有し、前記２次元マ
ップには予め所定の加減速レベルで加減速を行った時の
計測値に基づいて、前記予測手段による予測値では不足
あるいは過剰になる計測量を求め、前記不足あるいは過
剰になる計測量を前記２次元マップの加減速レベルに対
応させて記憶し、前記加減速レベル判定手段で判定された加減速レベルと
前記加減速開始後の経過時間を入力して前記２次元マッ
プを検索し、前記検索した結果得られた前記計測量に基
づいて前記未来値を補正することを特徴とするエンジン
の制御装置。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれかに記載のエンジ
ンの制御装置において、前記補正手段は、前記加減速レベルに加え、前記エンジ
ンの回転数および加減速初期開度のうち少なくとも一方
を用いて前記未来値を補正することを特徴とするエンジ
ンの制御装置。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれかに記載のエンジ
ンの制御装置において、前記計測値は、吸入空気量であり、前記予測手段で予測された吸入空気量を前記補正手段で
補正し、前記補正手段で補正された吸入空気量に基づいて前記エ
ンジンに噴射する燃料量を制御する手段を有することを
特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項６】請求項５に記載のエンジンの制御装置にお
いて、前記補正手段で補正された吸入空気量に基づいて燃料噴
射の燃料噴射パルス幅を決定する手段を有することを特
徴とするエンジンの制御装置。
【請求項７】請求項１乃至６のいずれかに記載のエンジ
ンの制御装置において、前記予測手段は、２以上の予測方法で未来値を予測し、
予測された２以上の未来値の加重平均を算出し、前記補正手段は、算出された加重平均を補正することを
特徴とするエンジンの制御装置。