JP2905206B2

JP2905206B2 - エンジンの燃料噴射装置

Info

Publication number: JP2905206B2
Application number: JP63183895A
Authority: JP
Inventors: 靖裕原田; 宣英瀬尾
Original assignee: Matsuda KK
Current assignee: Matsuda KK
Priority date: 1988-07-21
Filing date: 1988-07-21
Publication date: 1999-06-14
Anticipated expiration: 2014-06-14
Also published as: JPH0233434A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、燃料噴射弁から吸気中に噴射される燃料の
吸気系統内壁面への付着特性と、該付着燃料の吸気中へ
の気化特性とを予測する燃料輸送モデルに基づいて燃料
噴射量を制御することにより、過渡時の空燃比制御の精
度を高めるようにしたエンジンの燃料噴射装置に関する
ものである。

［従来の技術］吸気量検出手段によって検出される吸気量に基づいて
燃料噴射量を制御し、混合気の空燃比（A/F）を所定の
値（例えば、理論空燃比A/F＝14.7）に維持するように
したエンジンの燃料噴射装置はよく知られている。そし
て、従来は燃料噴射弁から吸気中に噴射される燃料が、
すべて上記燃料噴射に対応するサイクル（以下、現サイ
クルという）において燃焼室に流入するものと考えて燃
料噴射量制御が行なわれていた。なお、本願において、
サイクルとは、吸入行程→圧縮行程→爆発行程→排気行
程の１回の繰り返し動作をいう。

［発明が解決しようとする課題］ところが、燃料噴射弁から吸気中に噴射される燃料
は、現サイクル内ですべて燃焼室に流入する訳ではな
く、吸気通路内壁面への燃料付着、燃料の気化・霧化状
態、吸気流速等の諸要因によってかなりの量の燃料が次
回サイクル以降で燃焼室に流入する。このため、従来の
燃料噴射装置のように、燃料噴射弁から噴射される燃料
が、すべて現サイクルで燃焼室に流入するものとして燃
料噴射量を制御すると、燃料噴射量を経時的に一定であ
る定常状態においては、噴射された燃料の吸気通路内壁
面への付着速度と吸気通路内壁面からの気化速度とがほ
ぼ等しくなるので、燃焼室には予定された流量で燃料が
流入するが、一方、加速時等燃料噴射量が経時的に変化
する過渡時においては、燃料の付着速度と気化速度とが
食い違うので、燃焼室には予定された量の燃料が流入し
ない。例えば加速時においては、燃料噴射量が経時的に
増加するので、これに対応して燃料付着速度は直ちに増
加するが、吸気通路内壁面の燃料付着量に支配される付
着燃料の気化速度はすぐには増加しない。このため、現
サイクルで燃焼室内に流入する混合気がリーン化するの
で、加速開始時の加速応答性が悪化したり失火が発生す
るなどといった問題があった。一方、減速時において
は、燃料噴射量の減少に対して付着燃料の気化速度はす
ぐには減少しないので、減速開始時に混合気がリッチ化
し、予定した減速感が得られないといった問題があっ
た。

上記問題点に対して、実際に燃焼室内に流入する燃料
の流量、あるいは吸気通路内壁面からの燃料の気化速度
を実際に測定して、これに基づいて燃料噴射制御を行う
方法が考えられるが、このような測定装置は実用化され
ていない。また、実際に測定することができないエンジ
ンの各種運転状態を理論的に予測し、かかる予測結果に
基づいて各種制御を行うようにしたエンジンが提案され
ているが（例えば、特開昭60−98151号公報参照）、過
渡時における燃料供給量を適正に制御してエンジンの応
答性の向上を図ったものは見当たらない。

本発明は上記従来の問題点に鑑みてなされたものであ
って、吸気量に基づいて燃料目標噴射量を決定するよう
にしたエンジンにおいて、経時的に燃料噴射量が変化す
る過渡時においても、燃焼室内に流入する混合気の空燃
比を所定の適正値に維持して、加速・減速応答性の向上
と燃焼性の向上とを図ることができるエンジンの燃料噴
射装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］本発明は上記の目的を達するため、吸気量検出手段と
燃料噴射手段とを備え、吸気量検出手段によって検出さ
れる吸気量に応じて決定される燃料目標噴射量に基づい
て燃料噴射量が設定されて燃料が噴射されるエンジンの
燃料噴射装置において、燃料噴射手段から吸気中に噴射
される燃料の吸気系統内壁面への付着特性を現在と過去
との燃料噴射量に基づいて予測する燃料付着モデルと、
吸気系統内壁面に付着した付着燃料の吸気中への気化特
性を現在と過去との付着燃料に基づいて予測する気化モ
デルと、上記燃料付着モデルと上記気化モデルとに基づ
いて前回までの燃料噴射によって影響を受ける今回の燃
焼室への燃料流入量を予測し、該今回の燃焼室への燃料
流入量が上記燃料目標噴射量に一致するように、該燃料
流入量と燃料目標噴射量との偏差に基づいて上記燃料噴
射量を補正する燃料噴射補正手段とを設けたことを特徴
とするエンジンの燃料噴射装置を提供する。

［発明の作用・効果］本発明によれば、噴射された燃料の吸気系統内壁面へ
の付着特性を現在と過去との燃料噴射量に基づいて予測
するための燃料付着モデルと、吸気系統内壁面に付着し
た付着燃料の吸気中への気化特性を現在と過去との付着
燃料に基づいて予測するための気化モデルとに基づい
て、前回までの燃料噴射によって影響を受ける今回の燃
焼室への燃料流入量が予測され、今回の燃焼室への燃料
流入量が燃料目標噴射量に一致するように、燃料流入量
と燃料目標噴射量との偏差に基づいて燃料噴射量が補正
される。つまり、上記偏差に基づいて燃料噴射量がフィ
ードバック補正される。したがって、過渡時において
も、噴射された燃料の吸気系統内壁面への付着の速度
と、吸気系統内壁面に付着している燃料の吸気中への気
化の速度とが正確に予測され、この予測に基づいて燃焼
室への燃料流入量が良好な応答性でもって燃料目標噴射
量に一致させられる。

よって、燃焼室内に供給される混合気の空燃比を、定
常時、過渡時にかかわらず、常に所定の適正値（例え
ば、理論空燃比A/F＝14.7）に維持することができ、加
速時、減速時等の過渡時の燃料供給の応答遅れを防止し
て、加減速応答性の向上と燃焼性の向上とを図ることが
できる。

［実施例］以下、本発明の実施例を具体的に説明する。

第１図に示すように、第１〜第４気筒＃１〜＃４を備
えた４気筒エンジンCEは、例えば、第１気筒＃１につい
ては、吸気ポート１から燃焼室２内に吸気（混合気）を
吸入する吸気行程と、上記混合気をピストン（図示せ
ず）で圧縮する圧縮行程と、圧縮された混合気を点火プ
ラグ（図示せず）で着火・燃焼させる爆発行程と、燃焼
ガスを排気ポート４から独立排気通路５に排出する排気
行程とが（以下、このような一連の行程をサイクルとい
う）連続的に繰り返されるようになっており、第２〜第
４気筒＃２〜＃４についても同様の構成となっている。

そして、第１〜第４気筒＃１〜＃４の各燃焼室２に吸
気を供給するために、共通吸気通路７が設けられ、この
共通吸気通路７には上流から順に、吸気中の浮遊塵を除
去するエアクリーナ８と、時々刻々の吸気量を検出する
エアフローメータ９と、アクセルペダルと連動して開閉
されるスロットル弁11とが設けられている。

上記共通吸気通路７は分岐部12で、第１〜第４気筒＃
１〜＃４の各吸気ポート２と夫々連通する４つの独立吸
気通路13に分岐している。そして、各独立吸気通路13に
は、夫々、吸気ポート２近傍において吸気中に燃料を噴
射するインジェクタ14（燃料噴射弁）が設けられてい
る。

一方、第１〜第４気筒＃１〜＃４の各独立排気通路５
は集合部15で１つの共通排気通路16に集合され、この共
通排気通路16には排気ガスを浄化する三元触媒を用いた
排気ガス浄化装置17が介設されている。

ところで、エンジンCEの各種制御を行うために、マイ
クロコンピュータで構成されるエンジンコントローラ18
が設けられ、このエンジンコントローラ18には、制御情
報として、第１吸気温センサ19によって検出されるエア
フローメータ19内の吸気温、スロットル弁開度センサ21
によって検出されるスロットル開度、第２吸気温センサ
22によって検出される独立吸気通路13内の吸気温、水温
センサ23によって検出される冷却水温、第１クランク角
センサ24によって検出されるエンジン回転数、第２クラ
ンク角センサ25によって検出される上死点タイミング等
が入力されるようになっている。

そして、上記エンジンコントローラ18は本願特許請求
の範囲に記載された燃料噴射制御手段を含むエンジンCE
の総合制御装置であり、第２図に機能化して示すよう
に、吸気量に基づいて普通の方法で燃料目標噴射量Iob,
nを算出する目標噴射量演算部13と、所定の燃料付着シ
ミュレーションモデルに基づいて燃料噴射弁14から噴射
される燃料の、吸気ポート２内壁面ないし独立吸気通路
13内壁面（以下、燃料付着面という）への付着量Rnと、
直接的に燃焼室２内に流入する燃料流入量Qf,nとを推算
する燃料付着量演算部32と、所定の気化シミュレーショ
ンモデルに基づいて燃料付着面に付着した燃料の吸気中
への気化量Knを推算する燃料気化量演算部33と、上記Q
f,nとKnとの和、すなわち現サイクルにおける燃焼室２
内への燃料流入量推算値Qs,nの燃料目標噴射量Iob,nに
対する偏差En（En＝Iob,n−Qs,n）に基づいて燃料噴射
量Inを比例・積分・微分動作（PID動作）によりフィー
ドバック制御するPID制御部34とを備えている。なお、
実際には燃料噴射量Inに対して、吸気ポート２ないし独
立吸気通路13の管内特性によって燃焼室２への燃料流入
量Qnが決定されるが、このような実際の燃料流入量Qnは
直接測定することができないので、上記したような方法
で算出した燃料流入量推算値Qs,nで代用するようにして
いる。

以下、第３図に示すフローチャートに従って、エンジ
ンコントローラ18による燃料噴射制御の制御方法を説明
する。

制御が開始されると、ステップS1で各サイクルのイン
ジェクタ14の燃料噴射量In−ｉ（Ｉ＝1,2,3…）がメモ
リに格納される。なお、第４図中の折れ線G₁で示すよう
に、インジェクタ14から略パルス状に燃料が噴射される
が、インジェクタ14から燃焼室２までの距離、燃料付着
面への燃料付着等によって、燃焼室２に流入する燃料は
曲線G₂で示すように時間遅れが生じる。

ステップS2では、次式で示す燃料付着シミュレーショ
ンモデルにより、直接的に燃焼室２内に流入する燃料流
入量Qf,nが算出される。

Qf,n＝In・a₀＋In−_１・a₁＋In−_２・a₂＋In−_３・a₃ 上式において、In,In−₁,In−₂,In−_３は、夫々、第
ｎサイクル（現サイクル）〜第（ｎ−３）サイクルでの
燃料噴射量である。前記したように、あるサイクルでイ
ンジェクタ14から噴射された燃料は、現サイクル、次回
サイクル、次次回サイクル、…に分かれて燃焼室２に流
入するが、上記a₀,a₁,a₂,a₃は、各サイクルで噴射され
た燃料中、夫々、現サイクル、次回サイクル、次々回サ
イクル、次々々回サイクルで燃料付着面に付着せず直接
的に燃焼室２内に流入する燃料の全燃料噴射量に対する
比率を示す、実験的に求められた所定の定数であり、全
サイクルに共通なものである。したがって、現サイクル
で燃焼室２に流入する燃料は付着燃料の気化分を除け
ば、現サイクルでの噴射燃料中a₀に相当する分と、前回
サイクルでの噴射燃料中a₁に相当する分と（現サイクル
は前回サイクルからみれば次回サイクルにあたる）、前
々回サイクルでの噴射燃料中a₂に相当する分と、前々々
回サイクルでの噴射燃料中a₃に相当する分との合計とな
る。よって、上式により算出されるQf,nは、第ｎサイク
ル〜第（ｎ−３）サイクルで噴射された燃料の第ｎサイ
クル（現サイクル）で直接的に燃焼室２内に流入する燃
料流入量を示している。なお、第（ｎ−４）サイクル以
前に噴射された燃料が第ｎサイクルで直接的に燃焼室２
内に流入する可能性もあるがその量は実質的に無視でき
るので、本実施例では、第（ｎ−３）サイクル以降の燃
料噴射量から現サイクルで燃焼室２内に流入する燃料流
入量を算出するようにしている。

ステップS3では、次式で示す気化シミュレーションモ
デルにより、燃料付着面に付着している燃料の第ｎサイ
クル（現サイクル）での気化量Knが算出される。

Kn＝ｂ・（Rn・C₀＋Rn−_１・C₁ ＋Rn−_２・C₂＋Rn−_３・C₃）ｂ＝b₁・b₂ 上式において、Rn,Rn−₁,Rn−₂,Rn−_３は、夫々、第
ｎサイクル（現サイクル）〜第（ｎ−３）サイクルで、
燃料付着面に付着した燃料付着量である。そして、C₀,C
₁,C₂,C₃は、夫々、各サイクルで燃料付着面に付着した
燃料中、夫々、現サイクル、次回サイクル、次々回サイ
クル、次々々回サイクルで気化する燃料の比率を示す、
実験的に求められた所定の定数であり、全サイクルに共
通なものである。また、ｂは気化係数であり、第１気化
係数b₁と第２気化係数b₂の積で表される。そして、b₁は
第５図中の曲線G₃で示すように、付着燃料の気化率のエ
ンジン回転数Ｎ（吸気流速）に対する特性であり、エン
ジン回転数Ｎの増加に伴って増加するが、エンジン回転
数Ｎがある程度以上となるとほぼ一定となる。また、b₂
は第６図中の曲線G₄で示すような、付着燃料の気化率の
燃料付着面の管面温度Ｔに対する特性であり、管面温度
Ｔの増加に伴って増加する。したがって、上式により算
出されるKnは、第ｎサイクル〜第（ｎ−３）サイクルで
燃料付着面に付着した燃料の第ｎサイクル（現サイク
ル）で気化して燃焼室２内に流入する燃料流入量を示し
ている。

ステップS4では、次式によって第ｎサイクル（現サイ
クル）での燃焼室２内への燃料流入量推算値Qs,nが算出
される。

Qs,n＝Qf,n＋Kn 上式において、Qf,nはステップS2で算出されており、
KnはステップS3で算出されている。このように、第ｎサ
イクル（現サイクル）で燃焼室２内に流入する総燃料Q
s,nは、直接的に燃焼室２内に流入する燃料分Qf,nと燃
料付着面に付着後再び気化して燃焼室２内に流入する燃
料分Knの和となる。

ステップS5では、次式により第ｎサイクル（現サイク
ル）の燃料噴射量の補正量Ih,nが算出される。

Ih,n＝Ih,n−_１＋Ki・En＋Kp・（En−En−_１）＋Kd・（En−2En−_１＋En
−_２） En＝Iob,n−Qs,n 上式において、Ih,n−_１は第（ｎ−１）サイクル（前
回サイクル）の燃料噴射量補正値であり、Iob,nは吸気
量に基づいて決定される燃料目標噴射量である。Ki,Kp,
Kdは、夫々、普通のデジタルPID制御における積分動作
定数と比例動作定数と微分動作定数とであり、制御系が
安定するように、例えば限界感度法などにより所定の値
に設定される。燃料目標噴射量Iob,nは、普通の方法で
例えば次式により算出される。

Iob,n＝α・Ｋ・Q/N 上式において、Ｑはエアフローメータ９の出力値であ
り、Ｎはエンジン回転数であり、Ｋは吸気１回吸入量に
対する基本燃料噴射量を算出するための所定の定数であ
る。また、αは吸気温、加速ゾーン等の運転状態に基づ
く補正係数である。

ステップS6では、次式により第ｎサイクル（現サイク
ル）の燃料噴射量Inが算出される。

In＝Iob,n＋Ih,n すなわち、実際の燃料噴射量Inは、燃料目標噴射量Io
b,nを燃料噴射補正量Ih,nで補正することによって決定
される。

ステップS7では、次式によりインジェクタ14の制御パ
ルス信号Ipuls,nが発信され、インジェクタ14のソレノ
イドが駆動され、インジェクタ14から燃料が噴射され
る。

Ipuls,n＝In・K₁＋Tbat 上式において、K₁は燃料噴射量Inを燃料噴射パルス幅
に換算するための係数であり、Tbatはインジェクタ14の
応答遅れを補償するための無効噴射時間である。このよ
うにして、第ｎサイクル（現サイクル）で吸気量に対応
する燃料が燃焼室２に供給される。

この後、制御はステップS1に復帰して続行される。

以上、本発明によれば、過渡時においても空燃比（A/
F）を良好に制御でき、応答性の向上と燃焼性の向上と
を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかかる燃料噴射装置を備えた４気筒
エンジンのシステム構成図である。第２図は、第１図に示すエンジンコントローラの情報処
理機構を機能化して示した図である。第３図は、エンジンコントローラによる燃料噴射制御の
制御方法を示すフローチャートである。第４図は、インジェクタから噴射された燃料と、該燃料
の燃焼室内への流入量との時間に対する特性を示す図で
ある。第５図は、第１気化係数のエンジン回転数に対する特性
を示す図である。第６図は、第２気化係数の燃料付着面の管面温度に対す
る特性を示す図である。 CE……エンジン、＃１〜＃４……第１〜第４気筒、１…
…吸気ポート、２……燃焼室、３……点火プラグ、７…
…共通吸気通路、９……エアフローメータ、11……スロ
ットル弁、13……独立吸気通路、14……インジェクタ、
19……第１吸気温センサ、21……スロットル弁開度セン
サ、22……第２吸気温センサ、23……水温センサ、24…
…第１クランク角センサ、25……第２クランク角セン
サ。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02D 41/00 - 41/40

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】吸気量検出手段と燃料噴射手段とを備え、
吸気量検出手段によって検出される吸気量に応じて決定
される燃料目標噴射量に基づいて燃料噴射量が設定され
て燃料が噴射されるエンジンの燃料噴射装置において、燃料噴射手段から吸気中に噴射される燃料の吸気系統内
壁面への付着特性を現在と過去との燃料噴射量に基づい
て予測する燃料付着モデルと、吸気系統内壁面に付着し
た付着燃料の吸気中への気化特性を現在と過去との付着
燃料に基づいて予測する気化モデルと、上記燃料付着モ
デルと上記気化モデルとに基づいて前回までの燃料噴射
によって影響を受ける今回の燃焼室への燃料流入量を予
測し、該今回の燃焼室への燃料流入量が上記燃料目標噴
射量に一致するように、該燃料流入量と燃料目標噴射量
との偏差に基づいて上記燃料噴射量を補正する燃料噴射
補正手段とを設けたことを特徴とするエンジンの燃料噴
射装置。