JP3330234B2

JP3330234B2 - 内燃機関の燃料噴射制御装置

Info

Publication number: JP3330234B2
Application number: JP19723794A
Authority: JP
Inventors: 祐介長谷川; 勲小森谷; 修介赤崎; 秀隆牧; 悟阿部
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1994-07-29
Filing date: 1994-07-29
Publication date: 2002-09-30
Anticipated expiration: 2017-09-30
Also published as: JPH0842379A; DE69515756T2; DE69515756D1; EP0695863A2; US5549092A; EP0695863A3; EP0695863B1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は内燃機関の燃料噴射制
御装置に関し、より具体的には流体力学モデルを用いつ
つその演算を簡略化して過渡運転状態を含む全ての運転
状態にわたって最適に燃料噴射量を決定できるようにし
たものに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の燃料噴射制御装置において、燃料
噴射量は、基本的にシリンダ流入空気量と相関の高いパ
ラメータを用いて予め実験により作成してマイクロコン
ピュータのメモリに格納しておいたマップを検索して決
定されていた。その結果、マップ作成時に考慮されてい
なかったパラメータの変化に対しては全く無力であっ
た。また、マップは定常運転状態のみを対象に作成され
ており、そこでは過渡運転状態が表現されていないた
め、過渡時の燃料噴射量は正確に求めることができなか
った。そのため、近年吸気系に流体力学モデルを適用
し、モデル式によって正しいシリンダ流入空気量を推定
する手段が提案されている。その一例としては、特開平
２−１５７４５１号公報記載の技術ないしは米国特許第
４，４４６，５２３号公報記載の技術を挙げることがで
きる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】また、本出願人も先に
特願平４−２００３３０号において流体力学モデルを用
い、スロットル弁をオリフィスと見なしスロットル弁前
後の圧力から絞り式流量計の原理式を用いてスロットル
通過空気量を求めてシリンダ流入空気量を算出する手法
を提案しているが、このような流体力学モデルはあくま
でも理想状態を前提としており、様々な仮定を必要とす
るため、モデル化誤差を拭いきることはできない。また
モデルで用いる比熱比など、各種の定数を正確に知るこ
とは困難であり、それら定数の誤差が累積する不都合も
ある。更に、流体力学の式はべき乗、平方根などの計算
を必要とし、実用上は近似値を用いることから、それに
よっても誤差が生じるなどの問題点もある。

【０００４】そこで本出願人は先に特願平４−３０６０
８６号および特願平５−１８６８５０号（その国内優先
権主張出願）において、流体力学モデルを前提としなが
らも複雑な演算を必要とせずにモデル式の誤差を吸収す
ると共に、機関運転の過渡状態を含む全ての運転状態に
おいて燃料噴射量を最適に決定するようにした内燃機関
の燃料噴射制御装置を提供している。

【０００５】更には、特願平５−２０８８３５号におい
て、その改良技術を提案している。即ち、図１０下部に
示すように、過渡運転状態においてはスロットルが開か
れた瞬間にスロットル前後差圧が大きいためスロットル
通過空気量が一気に流れるが、提案した改良技術では、
その過渡運転状態のスロットル通過空気量を表現するた
めに、スロットル有効開口面積Ａとその１次遅れ値ＡDE
LAY の比を求め、それによってモデル式の誤差を吸収
し、機関運転状態、劣化、経年変化の有無などの如何に
かかわらず、燃料噴射量を最適に決定する技術を提案し
ている。

【０００６】しかしながら、図２１に示す如く、ＴＤＣ
周期、即ち、制御（演算）周期は、機関回転数により異
なり、高回転時のＴＤＣ周期ＩＮＴ−Ｈに比して、低回
転時のそれＩＮＴ−Ｌは長くなる。その結果、図２２上
部に示すように低回転時に両者の比Ａ／ＡDELAY が過度
に大きくなり、図２２下部（図１０下部に同じ）に示す
過渡運転状態のスロットル通過空気量の表現として適切
性を欠いていた。

【０００７】この発明の目的はその先に提案した技術の
改良にあり、先に提案した技術を前提とし、機関回転数
の増減に伴うＴＤＣ周期の長短の如何に関わらず過渡運
転状態のスロットル通過空気量を表現し、過渡運転状態
を含むあらゆる運転状態において常に最適に燃料噴射量
を決定できるようにした内燃機関の燃料噴射制御装置を
提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を解決するた
めに本発明は請求項１項に示す如く、機関吸気路に設け
られたスロットル弁を通過する空気量の挙動を記述する
流体力学モデルに基づいて機関燃焼室に供給すべき燃料
噴射量を決定する内燃機関の燃料噴射制御装置であっ
て、少なくとも機関回転数、吸気圧力、およびスロット
ル弁開度を含む機関の運転状態を検出する第１の手段、
少なくとも前記機関回転数と吸気圧力とから予め設定さ
れた特性に従って定常運転状態時の燃料噴射量を求める
第２の手段、少なくとも前記スロットル弁開度と吸気圧
力とから前記スロットル弁の第１の有効開口面積を求め
る第３の手段、前記スロットル弁の第１の有効開口面積
のｎ次遅れ値を求め、それを前記スロットル弁の第２の
有効開口面積とする第４の手段、前記スロットル弁の第
１、第２の有効開口面積の比に応じて前記燃料噴射量を
補正して出力燃料噴射量を求める第５の手段、および、
前記出力燃料噴射量に基づいてインジェクタを駆動する
第６の手段、とを備えると共に、前記第４の手段は、前
記ｎ次遅れ値の時定数を、少なくとも前記機関回転数に
応じて変える如く構成した。

【０００９】請求項２項記載の装置にあっては、前記第
４の手段は、少なくとも前記スロットル弁開度の１次遅
れ値から予め設定した特性に従って前記スロットル弁の
第２の有効開口面積を求めると共に、その１次遅れ値の
時定数を少なくとも前記機関回転数に応じて変える如く
構成した。

【００１０】

【作用】請求項１項にあっては、過渡運転状態を含む全
ての運転状態において燃料噴射量を最適に決定できると
共に、機関回転数の増減によって演算値が影響を受ける
ことがない。ここでｎ次遅れ値は１次遅れ相当値とす
る。

【００１１】請求項２項にあっても同様に、過渡運転状
態を含む全ての運転状態において燃料噴射量を最適に決
定できると共に、機関回転数の増減によって演算値が影
響を受けることがない。尚、具体的にはスロットル開度
の１次遅れ値を前回値とスロットル開度の今回値の加重
平均を求めて行うと共に、その重みを機関回転数に応じ
て変えることで行う。

【００１２】

【実施例】以下、添付図面を参照してこの発明の実施例
を説明する。

【００１３】図１はこの発明に係る内燃機関の燃料噴射
制御装置を全体的に示す概略図である。図において、符
号１０は４気筒の内燃機関を示しており、吸気路１２の
先端に配置されたエアクリーナ１４から導入された吸気
は、スロットル弁１６でその流量を調節されつつサージ
タンク（チャンバ）１８とインテークマニホルド２０を
経て第１〜第４気筒に流入される。各気筒の吸気弁（図
示せず）の付近にはインジェクタ２２が設けられて燃料
を噴射する。

【００１４】噴射され吸気と一体となった混合気は各気
筒内で図示しない点火プラグで点火されて燃焼してピス
トン（図示せず）を駆動する。燃焼後の排気ガスは排気
弁（図示せず）を介してエキゾーストマニホルド２４に
排出され、エキゾーストパイプ２６を経て三元触媒コン
バータ２８で浄化されて機関外に排出される。また、吸
気路１２には、スロットル弁配置位置付近に、それをバ
イパスするバイパス路３０が設けられる。

【００１５】また内燃機関１０のディストリビュータ
（図示せず）内にはピストン（図示せず）のクランク角
度位置を検出するクランク角センサ３４が設けられると
共に、スロットル弁１６の開度θTHを検出するスロット
ル開度センサ３６、スロットル弁１６下流の吸気圧力Ｐ
b を絶対圧力で検出する吸気圧センサ３８も設けられ
る。またスロットル弁１６の上流側には、気圧Ｐa を検
出する気圧センサ４０、吸入空気の温度Ｔa を検出する
吸気温センサ４２、機関冷却水温を検出する水温センサ
４４が設けられる。更に、排気系においてエキゾースト
マニホルド２４の下流側で三元触媒コンバータ２８の上
流側には酸素濃度検出素子からなる広域空燃比センサ４
６が設けられ、排気ガスの空燃比を検出する。これらセ
ンサ３４などの出力は、制御ユニット５０に送られる。

【００１６】図２は制御ユニット５０の詳細を示すブロ
ック図である。広域空燃比センサ４６の出力は検出回路
５２に入力され、そこで適宜な線形化処理が行われて理
論空燃比を中心としてリーンからリッチにわたる広い範
囲において排気ガス中の酸素濃度に比例したリニアな特
性からなる空燃比Ａ／Ｆが検出される。検出回路５２の
出力はＡ／Ｄ変換回路５４を介してＣＰＵ５６，ＲＯＭ
５８，ＲＡＭ６０からなるマイクロ・コンピュータ内に
取り込まれ、ＲＡＭ６０に格納される。

【００１７】同様にスロットル開度センサ３６などのア
ナログ出力はレベル変換回路６２、マルチプレクサ６４
及び第２のＡ／Ｄ変換回路６６を介して、またクランク
角センサ３４の出力は波形整形回路６８で波形整形され
た後、カウンタ７０で出力値がカウントされ、カウント
値はマイクロ・コンピュータ内に入力される。マイクロ
・コンピュータにおいてＣＰＵ５６はＲＯＭ５８に格納
された命令に従って後述の如く制御値を演算し、駆動回
路７２を介して各気筒のインジェクタ２２を駆動すると
共に、図示しない駆動回路を介して電磁弁７４を駆動
し、図１に示したバイパス路３０を通る２次空気量を制
御する。

【００１８】図３は制御装置の動作を示すフロー・チャ
ートであり、図４は図３フロー・チャートの演算を説明
するブロック図であるが、同図を参照して説明する前
に、この発明が前提とする流体力学モデルによってスロ
ットル通過空気量およびシリンダ流入空気量を推定する
手法について述べる。尚、その詳細は先に提案した技術
に述べられているので、以下簡単に説明する。

【００１９】先ず、図５の吸気系モデルに示すように、
スロットル（弁）をオリフィスとみなすと、数１に示す
ベルヌーイの式、数２に示す連続の式、数３に示す断熱
変化の関係式より、数４に示す絞り式流量計などで使用
される圧縮性流体についての流量の計算式を導出でき
る。数４式を書き直すと数５式のようになるが、それを
用いて単位時間当たりのスロットル通過空気量Ｇthを求
めることができる。

【００２０】

【数１】

【００２１】

【数２】

【００２２】

【数３】

【００２３】

【数４】

【００２４】

【数５】

【００２５】即ち、図６に示すように、スロットル開度
θTHから予め設定した特性に従ってスロットルの投影面
積（吸気管長手方向へのスロットルの投影面積）Ｓを求
める。他方、図７に示すようにスロットル開度θTHと吸
気圧力Ｐｂについて予め設定した別の特性に従って係数
Ｃ（流量係数αと気体の膨張補正係数εの積）を求め、
両者を乗じてスロットルの有効開口面積Ａを求める。そ
の値に、数５式に示すように、スロットル上流側空気密
度ρ₁およびスロットル上下流圧力Ｐ₁，Ｐ₂（大気圧
Ｐａおよび吸気圧力Ｐｂで代用）などを含む式中の平方
根の値を乗じることで、スロットル通過空気量Ｇthを求
めることができる。尚、いわゆるスロットル全開領域で
はスロットルが絞りとして機能しなくなるため、機関回
転数ごとにスロットル全開領域を臨界値として求めてお
き、検出したスロットル開度がそれを超えたときは、臨
界値をスロットル開度とする。

【００２６】次いで、気体の状態方程式に基づく数６に
示す式からチャンバ内空気量Ｇb を求め、チャンバ圧力
変化ΔＰから数７の式に従って今回チャンバに充填され
た空気量ΔＧb を求める。今回チャンバに充填された空
気量は当然ながら気筒燃焼室に吸入されないものとすれ
ば、単位時間ΔＴ当たりの気筒吸入空気量Ｇc は、数８
に示す式のように表すことができる。尚、ここで「チャ
ンバ」は、いわゆるサージタンク相当部位のみならず、
スロットル下流から吸気ポートに至る間の全ての部位を
意味する。また「チャンバ」は、実際にチャンバとして
働く実効容積を意味する。

【００２７】

【数６】

【００２８】

【数７】

【００２９】

【数８】

【００３０】他方、前記したＲＯＭ５８には図８にその
特性を示す様に、定常運転状態時の燃料噴射量Ｔimap
を、いわゆるスピードデンシティ方式に基づいて機関回
転数Ｎe と吸気圧力Ｐb とから検索できるように予め設
定してマップ化して格納しておく。また、そこで燃料噴
射量Ｔimapは機関回転数Ｎe と吸気圧力Ｐb に応じて決
定される目標空燃比（Ａ／Ｆ）に応じて設定されること
から、後で述べる補正燃料噴射量ΔＴi の算出のため
に、図９にその特性を示すように目標空燃比（Ａ／Ｆ）
も機関回転数Ｎｅと吸気圧力Ｐｂとから検索自在に予め
マップ化して格納しておく。尚、燃料噴射量Ｔimapは前
記した流体力学モデルを定常運転状態において満足する
ように設定すると共に、直接的にはインジェクタ２２の
開弁時間を単位として設定する。

【００３１】ここで、そのマップを検索して得られる燃
料噴射量Ｔimapと前記したスロットル通過空気量Ｇthと
の関係に着目すると、定常運転状態時のある条件下（機
関回転数Ｎe1と吸気圧力Ｐb1によって規定する）におい
て、マップ検索によって決定した燃料噴射量Ｔimap1 は
数９に示す通りとなる。

【００３２】

【数９】

【００３３】このとき、流体力学モデルに基づいて決定
した燃料噴射量Ｔimap1 ダッシュは、目標空燃比を理論
空燃比（１４．７：１）とするとき、数１０に示すよう
になる。尚、この明細書で「ダッシュ」は、流体力学モ
デル式に基づいて得られる理論値を示す。また、各パラ
メータの添字1 は定常運転状態時の具体的な数値を、ま
た後で使用する添字2 は過渡運転状態時の具体的な数値
を意味する。

【００３４】

【数１０】

【００３５】ここで、先に述べたようにマップ値がモデ
ル式を満足するように作成されているとすれば、マップ
検索で得た燃料噴射量Ｔimap1 と流体力学モデルに基づ
いて決定された燃料噴射量Ｔimap1 ダッシュとは一致す
る。次に、過渡運転状態時の同一条件下（Ｎe1, Ｐb1)
において、マップ検索値を求めると、それは数１１に示
すように定常運転状態時のそれと同一になる。尚、この
明細書で「過渡運転状態」とは図１０に示す如く、定常
運転状態から定常運転状態に至るまでの過渡的な運転状
態を言う。

【００３６】

【数１１】

【００３７】このとき、流体力学モデルに基づいて決定
される燃料噴射量Ｔimap2 ダッシュは数１２に示すよう
になり、それとマップ検索して得た値Ｔimap1 とは一致
しない。従って、その不一致を解消するためには、流体
力学モデルに基づく複雑な演算を必要とする。

【００３８】

【数１２】

【００３９】しかし、ここで数１０に示す定常運転状態
時のスロットル通過空気量Ｇth1 と数１２に示す過渡運
転状態時のスロットル通過空気量Ｇth2 とを比較する
と、スロットルの有効開口面積Ａのみが異なることに気
づく。従って、過渡運転状態時のスロットル通過空気量
Ｇth2 は数１３のように表すことができる。即ち、定常
運転状態時のスロットル通過空気量Ｇth1 とスロットル
の有効開口面積Ａ１，Ａ２の比によって過渡運転状態時
のスロットル通過空気量Ｇth2 を求めることができる。

【００４０】

【数１３】

【００４１】一方、定常運転状態時のＧth1 は数１４に
示すようにマップ検索値Ｔimap1 より求めることができ
るので、過渡運転状態時のスロットル通過空気量Ｇth2
は、数１５のように求めることができる。従って、数１
２と数１５とから、過渡運転状態時の燃料噴射量Ｔimap
2 ダッシュは数１６に示す如く、マップ検索値Ｔimap1
とスロットルの有効開口面積の比Ａ2/Ａ1 とチャンバ充
填空気量ΔＧb2に対応する補正燃料噴射量ΔＴi とによ
り求めることができる。

【００４２】

【数１４】

【００４３】

【数１５】

【００４４】

【数１６】

【００４５】そこで、定常運転状態時の燃料噴射量Ｔim
apに加えて、定常運転状態時のスロットルの有効開口面
積Ａ１も図１１にその特性を示すように機関回転数Ｎｅ
と吸気圧力Ｐｂとから検索できるように予めマップして
おくと共に、補正燃料噴射量ΔＴi も図１２にその特性
を示すように吸気圧力変化ΔＰｂ（吸気圧力Ｐｂの前回
検出値と今回検出値の差分値）と目標空燃比（Ａ／Ｆ）
（燃料噴射量Ｔimapが基礎としたものを図９のマップか
ら検索して対応づける）とから検索できるようにマップ
化しておく。

【００４６】そして、現在のスロットル有効開口面積Ａ
を求め、マップ検索で得たスロットル有効開口面積Ａ１
との比Ａ／Ａ１を求めて燃料噴射量Ｔimapに乗じ、次い
で補正燃料噴射量ΔＴi を減算すれば出力燃料噴射量Ｔ
out を求めることができる。吸気圧力の変化しない定常
運転状態時では出力燃料噴射量Ｔout は数１７式のよう
になり、マップ検索値Ｔimapをそのまま出力値とするこ
とになり、過渡運転状態時では数１８式のように決定さ
れることになる。

【００４７】それによって、過渡運転状態にあっても定
常運転状態にあっても同様の式から出力燃料噴射量を決
定することができて、制御の連続性が確保される筈であ
る。また、定常運転状態にあるにもかかわらず、マップ
検索で得たスロットルの有効開口面積Ａ１と現在のスロ
ットルの有効開口面積Ａとが一致しないときは、出力燃
料噴射量Ｔout は数１９に示すように決定されるので、
その不一致の原因たるマップのバラツキや経年変化など
を自動的に補正できることになる。

【００４８】

【数１７】

【００４９】

【数１８】

【００５０】

【数１９】

【００５１】しかしながら、シミュレーションを通じて
検証したところ、実際には定常運転状態時に有効開口面
積ＡとＡ１とは等しくならず、比Ａ／Ａ１は”１" とな
らなかった。また、チャンバ充填空気量ΔＧb はスロッ
トル通過空気量の増加に伴って発生する性質のものであ
るが、チャンバ充填空気量ΔＧb の挙動を計測したとこ
ろ、それが吸入空気量に反映されるのに遅れがあること
も判明した。これらの要因としては、吸気圧力Ｐｂとス
ロットル開度θTHを検出するセンサ３６，３８の検出タ
イミングが同一ではないこと、およびセンサ３６，３
８、特に吸気圧センサ３８に検出遅れがあることなどが
考えられる。

【００５２】そこで、スロットル開度θTHと吸気圧力Ｐ
ｂとの関係に着目すると、水温、気圧などが同様の機関
環境において機関回転数が一定であれば、定常運転状態
時にはスロットル開度θTHと吸気圧力Ｐｂとは一対一の
関係にあり、図１０に示す過渡運転状態時においても吸
気圧力Ｐｂはスロットル開度θTHの変化に対して１次遅
れの関係にあると考えられる。そこで、スロットル開度
θTHの１次遅れ値を求め（以下「θTH-D」と呼ぶ）、そ
の値と機関回転数Ｎｅとから予め定めた特性に従って求
めた値を疑似的な吸気圧力（以下「疑似吸気圧力Ｐｂハ
ット」と呼ぶ）とする。これによって検出タイミングの
ズレや吸気圧力センサの検出遅れを解消することができ
る。具体的には図４に示すように、疑似吸気圧力Ｐｂハ
ットは、予め定めた特性に従ってスロットル開度の１次
遅れ値θTH-Dと機関回転数Ｎｅとから求める。

【００５３】更に、スロットルの有効開口面積の挙動を
考察したところ、設定有効開口面積Ａ１は、現在の有効
開口面積Ａの１次遅れとして把握できるのではないかと
推定され、シミュレーションを通じて検証したところ、
図１３に示すように、それを確認することができた。即
ち、Ａの１次遅れを「ＡDELAY 」と呼ぶと、Ａ２／Ａ１
とＡ／ＡDELAY においてＡ２とＡとが同一とするとＡ１
とＡDELAY との比較となるが、図１３の拡大部Ｍに示す
如く、吸気圧センサ３８の検出遅れによりＡ１の立ち上
がりに遅れが生じているのに対し、ＡDELAY はＡ２
（Ａ）に比較的忠実に追随しているのが見て取れよう。

【００５４】従って、比Ａ／Ａ１に代えて、比Ａ／「そ
の１次遅れ」を用いることとする。図１０に関して先に
述べた如く、過渡運転状態ではスロットルが開かれた瞬
間、スロットル前後の差圧が大きいため、スロットル通
過空気量が一気に流れ、次第に定常状態に落ちつくが、
その過渡運転状態のスロットル通過空気量Ｇthを、この
比Ａ／ＡDELAY で表現できると考えた。この比は、図１
４下部に示すように、定常運転状態時では一致して１と
なる。以下、この比を「RATIO-A 」と呼ぶ。

【００５５】更に、スロットルの有効開口面積とスロッ
トル開度θTHとの関係に着目すると、数５式に示したよ
うに、有効開口面積はスロットル開度に大きく依存する
ことから、図１４に示す如く、有効開口面積はスロット
ル開度の変化にほぼ追随して変化する筈である。そうで
あれば、前記したスロットル開度の１次遅れ値は、現象
的には有効開口面積の１次遅れにほぼ等価的に対応する
筈である。そこで、図４に示すように、スロットル開度
の１次遅れ値から有効開口面積（１次遅れ値）ＡDELAY
を算出するようにした（尚、図４において（１−Ｂ）／
（ｚ−Ｂ）は離散系の伝達関数で１次遅れを意味す
る）。

【００５６】即ち、スロットル開度θTHから予め設定し
た特性に従ってスロットル投影面積Ｓを求めると共に、
スロットル開度１次遅れ値θTH-Dと疑似吸気圧力Ｐｂハ
ットとから図７に示した如き特性に従って係数Ｃを求
め、次いで両者の積を求めて有効開口面積（１次遅れ
値）ＡDELAY を算出するようにした。このように、図４
において、スロットル開度の１次遅れ値θTH-Dは、一つ
には有効開口面積（１次遅れ値）ＡDELAY を、二つには
吸気圧力の疑似値Ｐｂハットを求めるために使用する。

【００５７】更に、チャンバ充填空気量ΔＧb の吸入空
気量への反映遅れを解消するために、値ΔＧb の１次遅
れも用いることとした。即ち、図１５は図４末尾のブロ
ック１００の詳細を示すブロック図であるが、同図に示
すように、チャンバ充填空気量ΔＧb の１次遅れ値( 以
下「ΔＧb-D 」とする）を求め、それから補正燃料噴射
量ΔＴi を求めるようにした。具体的には図１２に類似
する特性であって目標空燃比Ａ／Ｆとチャンバ充填空気
量ΔＧb の１次遅れ値ΔＧb-D とから検索自在な特性を
予め用意しておいて行う。尚、図１５において遅れの時
定数はテストを通じて適宜設定する。

【００５８】以上を前提として、図３フロー・チャート
を参照してこの制御装置の動作を説明する。

【００５９】先ずＳ１０において検出した機関回転数Ｎ
ｅ、吸気圧力Ｐb 、スロットル開度θTHなどを読み込
み、Ｓ１２に進んで機関がクランキング（始動）中か否
か判断し、否定されるときはＳ１４に進んでフューエル
カットか否か判断し、同様に否定されるときはＳ１６に
進み、機関回転数Ｎｅと吸気圧力ＰｂとからＲＯＭ５８
に格納した図８にその特性を示すマップを検索して定常
運転状態時の燃料噴射量Ｔimapを求める。尚、求めた燃
料噴射量Ｔimapには次いで気圧補正などを必要に応じて
適宜加えるが、その補正自体はこの発明の要旨とすると
ころではないので、詳細な説明を省略する。

【００６０】次いでＳ１８に進んで検出したスロットル
開度の１次遅れ値θTH-Dを演算する。

【００６１】図１７はその作業を示すサブルーチン・フ
ロー・チャートである。以下説明すると、Ｓ１００にお
いて検出した機関回転数Ｎｅに応じて予め設定された特
性に従って時定数αを検索し、Ｓ１０２に進んで検出し
たスロットル開度θTHを全開スロットル開度と比較す
る。そしてＳ１０２で全開スロットル開度未満と判断さ
れるときはＳ１０４に進んで図示の式に従ってスロット
ル開度の１次遅れ値θTH-Dを算出する。

【００６２】具体的には、スロットル開度の１次遅れ値
の今回値θTH-D（k)は、スロットル開度の１次遅れ値の
前回値θTH-D(k-1) に重み係数αを乗じて得た値に、ス
ロットル開度の今回値θTH(k) に１から重み係数αを減
じた値を乗じて得た値を加算する。即ち、スロットル開
度の１次遅れ値の今回値は、スロットル開度の１次遅れ
の前回値とスロットル開度の今回値の加重平均を求めて
行う。

【００６３】ここで、重み係数αは図１８に示す如く、
機関回転数Ｎｅが低いほど小さくなるような特性でテー
ブル化しておき、機関回転数Ｎｅに応じて検索する。重
み係数αは低回転ほど小さく設定されるので、Ｓ１０４
の計算式において第２項のスロットル開度の今回値θTH
（k)の寄与度が大きくなり、換言すれば低回転であって
も図２１の高回転時の特性に近づく。それによって、Ｔ
ＤＣ周期、即ち演算周期が長くなることによる不都合を
解消することができ、演算値が過度に大きくなることが
ない。

【００６４】このようにＳ１０４の計算式において重み
αは収束回数を決定する遅れ時定数と言うことができ、
数２０に示す１次遅れの一般式において時定数Ｔを簡略
に変える手法とみなすことができる。その意味で、特許
請求の範囲において遅れ時定数と記述した。尚、Ｓ１０
２で検出したスロットル開度θTHが全開スロットル開度
以上と判断されたときは、先と同様の理由で検出値を全
開スロットル開度に置き換える。

【００６５】

【数２０】

【００６６】図３フロー・チャートに戻ると、続いて、
Ｓ２０に進んで機関回転数Ｎｅとスロットル開度１次遅
れ値θTH-Dより疑似吸気圧力Ｐｂハットを検索し、Ｓ２
２に進んでスロットル開度θTHと疑似吸気圧力Ｐｂハッ
トより現在のスロットルの有効開口面積Ａを算出する。
次いでＳ２４に進んでスロットル開度１次遅れ値θTH-D
と疑似吸気圧力Ｐｂハットよりスロットルの有効開口面
積の１次遅れ値ＡDELAY を算出する。ここで、スロット
ル開度１次遅れ値θTH-Dは、図１７フロー・チャートの
作業で求めた値を用いることは無論である。

【００６７】次いで、Ｓ２６に進んでRATIO-A を図示の
如く算出する。尚、値ＡBYPASSは、バイパス路３０など
スロットル弁１６を通過しないで燃焼室に吸入される空
気量（図４に「リフト量」として示す）を意味し、正確
に燃料噴射量を決定するためにはこの空気量をも勘案す
る必要があるため、それに対応する値を所定の特性に従
ってスロットル開度ＡBYPASSに換算して求めておいて有
効開口面積Ａに加算すると共に、その和（Ａ＋ＡBYPAS
S）とその１次遅れ値（「（Ａ＋ＡBYPASS）DELAY 」と
呼ぶ）の比を求め、それをRATIO-A とする。尚、図示は
しないが、これは、排気還流、パージ、エアアシスト、
あるいはスロットルバイパスコントロールバルブ、いわ
ゆるＥＡＣＶの作動などが行われているときも同様であ
る。

【００６８】このように分子、分母の双方に加算する結
果、スロットル弁を通過しないで燃焼室に吸入される空
気量の計測に誤りがあっても、決定される燃料噴射量へ
の影響度が小さくなる。尚、加算スロットル開度は、疑
似吸気圧力Ｐｂハットなどにも反映される。続いて、Ｓ
２８に進んで燃料噴射量ＴimapにRATIO-A を乗じてスロ
ットル通過空気量に相当する燃料噴射量ＴTHを算出す
る。

【００６９】次いでＳ３０に進んで疑似吸気圧力Ｐｂハ
ットについて今回算出値 (Ｐｂハット(k))と前回算出値
(Ｐｂハット(k-1))の差を算出してその変化量ΔＰｂハ
ットを求め、Ｓ３２に進んで気体の状態式に基づいてチ
ャンバ充填空気量ΔＧb を求め、Ｓ３４に進んでそのな
まし値、即ち、その１次遅れ値ΔＧb-D を算出し、Ｓ３
６に進んで１次遅れＧb-D と目標空燃比より、図示はし
ないが図１２に示すものに類似の特性を検索して補正燃
料噴射量ΔＴi を検索する。

【００７０】次いでＳ３８に進み、検索値に係数ｋtaを
乗じて吸気温補正を行う。これは図１６にその特性を示
す如きテーブルを予め用意し、検出した吸気温度Ｔａか
ら補正係数ｋtaを検索して補正燃料噴射量ΔＴi に乗じ
て行う。ここで吸気温補正を行うのは言うまでもなく、
気体の状態式（数６式）を用いるためである。

【００７１】続いて、Ｓ４０に進んでスロットル通過空
気量相当燃料噴射量ＴTHから補正燃料噴射量ΔＴi を減
算して出力燃料噴射量Ｔout を算出し、Ｓ４２に進んで
算出された値に基づいてインジェクタ２２を駆動する。
尚、出力燃料噴射量Ｔout にも電圧補正などを適宜加え
るが、それもこの発明の要旨とは直接の関係を有しない
ので、説明を省略する。

【００７２】尚、Ｓ１２でクランキング中と判断された
ときはＳ４４に進んで水温Ｔw から所定のテーブル（図
示省略）を検索してクランキング時の燃料噴射量Ｔicr
を算出し、Ｓ４６で始動モードの式（説明省略）に基づ
いて出力燃料噴射量Ｔout を決定すると共に、Ｓ１４で
フューエル・カットと判断されたときはＳ４８に進んで
出力燃料噴射量Ｔout を零にする。

【００７３】この実施例においては上記のように構成し
たことから、簡易なアルゴリズムによって定常運転状態
から過渡運転状態までを表現することができ、定常運転
状態時の燃料噴射量をマップ検索によってある程度保証
することができると同時に、複雑な演算を必要とせずに
燃料噴射量を最適に決定することができる。しかも、定
常運転状態と過渡運転状態とでモデル式の持ち替えが要
らず、１つの式で全運転状態を表現することができるた
め、一般に切り換え点の近傍で見られるような制御の不
連続を生じることがない。また空気の挙動を良く表現で
きたため、制御性や制御精度を向上させることができ
る。

【００７４】更に、上記において、スロットルの現在の
有効開口面積Ａとその１次遅れ値ＡDELAY を求め、その
比RATIO-A を求める際に、スロットル開度の１次遅れ値
θTH-Dを前回値と今回値の加重平均により求めると共
に、その重みを機関回転数に応じて変えるようにしたの
で、図２２に示したような機関回転数の高低により値RA
TIO-A が相違する不都合がない。従って、図１０下部お
よび図２２下部に示すスロットル通過空気量Ｇthの特性
を良く表現することができ、過渡運転状態を含む全ての
運転状態において燃料噴射量を正確に決定することがで
きる。

【００７５】図１９および図２０は、この発明の第２実
施例を示す説明図である。第２実施例においては、図４
に対応する図１９フロー・チャートにおいてＳ２４でス
ロットル開度の１次遅れ値θTH-Dと疑似吸気圧力Ｐｂハ
ットよりＡDELAY の前回値ＡDELAY(k-1)を求め、Ｓ２５
に進んでそれからスロットルの現在の有効開口面積の１
次遅れ値ＡDELAY を求めるようにした。

【００７６】即ち、図２０のＳ２００において機関回転
数Ｎｅにより重み係数αを検索し、Ｓ２０２においてそ
れを図示の如く算出するようにした。スロットル開度お
よびその１次遅れ値に代えて、スロットル有効開口面積
Ａおよびその１次遅れ値ＡDELAY を用いる点を除けば、
第１実施例とほぼ同様であり、効果も機関回転数の増減
による影響を防止する点で第１実施例と相違しない。

【００７７】尚、上記第１、第２実施例において、補正
燃料噴射量ΔＴi の１次遅れ特性を得るのに際し、チャ
ンバ充填空気量の１次遅れを求め、それから図１２に類
似する特性に従って補正燃料噴射量ΔＴi を算出するよ
うにしたが、これに限られるものではなく、疑似吸気圧
力変化ΔＰｂハットの１次遅れ値を求めても良く、ある
いは補正燃料噴射量ΔＴi の１次遅れ値を求めても良
い。尚、補正燃料噴射量ΔＴi はマップ化しておいた
が、全部ないし一部を演算で行っても良い。また、疑似
吸気圧力変化をその前回検出値と今回検出値の差分値で
求めたが、微分値ないしは積分値の差分値から求めても
良い。

【００７８】また上記において、定常運転状態時の燃料
噴射量Ｔimapからチャンバ部位を充填する空気量に対応
する補正燃料噴射量ΔＴi を減算して出力燃料噴射量Ｔ
outを求めるようにしたが、単気筒内燃機関の場合など
チャンバ部位が無視できるほど十分小さいときは、補正
燃料噴射量ΔＴi を求めることなく、燃料噴射量Ｔimap
から直ちに出力燃料噴射量Ｔout を求めても良い。

【００７９】また上記において、スロットルの有効開口
面積を、スロットル開度の１次遅れ値を使用して求めた
が、スロットルの有効開口面積の１次遅れ値を直接求め
ても良いことは言うまでもない。

【００８０】また上記において燃料噴射量Ｔimapを予め
マップ化しておくようにしたが、それに代えてスロット
ル通過空気量Ｇthをマップ化しておいても、吸気路の脈
動による吸入空気量の変動やインジェクタ特性がリニア
リティに欠けるときの誤差を吸収しきれない点を除け
ば、ある程度は同一の目的を達成することができる。

【００８１】

【発明の効果】請求項１項にあっては、過渡運転状態を
含む全ての運転状態において燃料噴射量を最適に決定で
き、また劣化、バラツキ、経年変化を自動的に補正する
ことができると共に、機関回転数の増減によって演算値
が影響を受けることがない。

【００８２】請求項２項にあっても同様に、過渡運転状
態を含む全ての運転状態において燃料噴射量を最適に決
定でき、また劣化、バラツキ、経年変化を自動的に補正
することができると共に、機関回転数の増減によって演
算値が影響を受けることがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置を
全体的に示す概略図である。

【図２】図１の制御装置の構成を詳細に示すブロック図
である。

【図３】図２の制御装置の動作を示すフロー・チャート
である。

【図４】図３のフロー・チャートの動作を示すブロック
図である。

【図５】図４ブロック図で予定する流体力学モデルを示
す説明図である。

【図６】図５の流体力学モデルにおけるスロットル弁の
有効開口面積を流量係数などを用いて算出する手法を示
すブロック図である。

【図７】図６の算出で用いる係数のマップ特性を示す説
明図である。

【図８】図３フロー・チャートおよび図４ブロック図で
使用する定常運転状態時の燃料噴射量Ｔimapのマップ特
性を示す説明図である。

【図９】図３フロー・チャートおよび図４ブロック図で
使用する目標空燃比のマップ特性を示す説明図である。

【図１０】この発明における定常運転状態と過渡運転状
態とを示す説明図である。

【図１１】この発明に係る燃料噴射制御で予定するスロ
ットルの有効開口面積Ａ１のマップ特性を示す説明図で
ある。

【図１２】この発明に係る燃料噴射制御で予定する補正
燃料噴射量のマップ特性を示す説明図である。

【図１３】スロットルの有効開口面積についてのシミュ
レーション結果を示すデータ図である。

【図１４】スロットル開度とスロットルの有効開口面積
との関係を示す説明図である。

【図１５】図４ブロック図の部分拡大ブロック図であ
る。

【図１６】補正燃料噴射量の吸気温補正テーブル特性を
示す説明図である。

【図１７】図３フロー・チャートのサブルーチン・フロ
ー・チャートである。

【図１８】図１７フロー・チャートで使用する重みαの
特性を示す説明図である。

【図１９】この発明の第２実施例を示す、図３に類似す
るフロー・チャートである。

【図２０】図１９フロー・チャートのサブルーチン・フ
ロー・チャートである。

【図２１】機関回転数の高低によるＴＤＣ周期、即ち、
演算周期の増減による演算への影響を示す説明タイミン
グ・チャートである。

【図２２】図２１の演算周期の増減による演算結果の相
違を示す説明図である。

【符号の説明】

１０内燃機関１２吸気路１６スロットル弁１８サージタンク２０インテークマニホルド２２インジェクタ３４クランク角センサ３６スロットル開度センサ３８吸気圧センサ５０制御ユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者阿部悟埼玉県和光市中央１丁目４番１号株式会社本田技術研究所内審査官所村陽一 (56)参考文献特開平６−185391（ＪＰ，Ａ) 特開平４−318241（ＪＰ，Ａ) 特開平１−147131（ＪＰ，Ａ) 特開平４−237856（ＪＰ，Ａ) 特開平４−27730（ＪＰ，Ａ) 特開平５−59993（ＪＰ，Ａ) 特開平２−5746（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F02D 41/18 F02D 41/04 330 F02D 41/34 F02D 45/00 366

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】機関吸気路に設けられたスロットル弁を
通過する空気量の挙動を記述する流体力学モデルに基づ
いて機関燃焼室に供給すべき燃料噴射量を決定する内燃
機関の燃料噴射制御装置であって、ａ．少なくとも機関回転数、吸気圧力、およびスロット
ル弁開度を含む機関の運転状態を検出する第１の手段、ｂ．少なくとも前記機関回転数と吸気圧力とから予め設
定された特性に従って定常運転状態時の燃料噴射量を求
める第２の手段、ｃ．少なくとも前記スロットル弁開度と吸気圧力とから
前記スロットル弁の第１の有効開口面積を求める第３の
手段、ｄ．前記スロットル弁の第１の有効開口面積のｎ次遅れ
値を求め、それを前記スロットル弁の第２の有効開口面
積とする第４の手段、ｅ．前記スロットル弁の第１、第２の有効開口面積の比
に応じて前記燃料噴射量を補正して出力燃料噴射量を求
める第５の手段、および、ｆ．前記出力燃料噴射量に基づいてインジェクタを駆動
する第６の手段、とを備えると共に、前記第４の手段は、前記ｎ次遅れ値
の時定数を、少なくとも前記機関回転数に応じて変える
ことを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
【請求項２】前記第４の手段は、少なくとも前記スロ
ットル弁開度の１次遅れ値から予め設定した特性に従っ
て前記スロットル弁の第２の有効開口面積を求めると共
に、その１次遅れ値の時定数を少なくとも前記機関回転
数に応じて変えることを特徴とする請求項１項記載の内
燃機関の燃料噴射制御装置。