JP4304411B2 - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の燃料噴射制御装置に関し、特に、燃料の動的挙動をモデル化した燃料挙動モデルを用いて燃料噴射装置による燃料供給量を制御する内燃機関の燃料噴射制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の燃料供給量を運転条件に応じて制御する装置として、吸気系における燃料挙動を記述する数式モデルを設定し、運転条件や燃料条件から設定した数式モデルを演算することで燃料挙動をシミュレートすることにより必要な燃料供給量を求めて燃料噴射装置を制御する燃料挙動モデルによる制御技術が知られている。
【０００３】
特開平６−１３７１８６号公報に開示されている技術はそのような制御技術の一例である。この技術は、過渡時における燃料の輸送遅れを防止するものであって、１噴射前の状態量と今回の要求噴射量に基づいて補正量を演算することで燃料の輸送遅れを解消して過渡時の制御精度を高めると記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報にも開示されているように、通常のモデル演算では筒内要求噴射量としてパワー増量や吸気温度補正等を盛り込んで補正した噴射量が用いられている。しかし、このような補正をすべて盛り込んで燃料供給量を制御した場合、実際の空燃比が急激に変化して、急激なトルク変動をもたらし、ドライバビリティーが悪化するおそれがある。
【０００５】
そこで本発明は、急激なトルク変化をもたらすことなく燃料供給量を適切に制御可能な内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することを課題とする。
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置は、燃料噴射装置から内燃機関の気筒へと流入する燃料の動的挙動をモデル化した燃料挙動モデルを利用して燃料噴射装置による燃料供給量を制御する制御部を備える内燃機関の燃料噴射制御装置において、制御部は、応答性が要求される補正パラメータに基づく補正を含めて燃料挙動モデルにより燃料噴射装置から供給すべき燃料供給量を求めた後、さらに応答性を要求されない補正パラメータに基づく補正を行うことで実際に燃料噴射装置から供給する燃料供給量を求めることを特徴とする。
【０００７】
このように構成すると、高応答要求、つまり、速い応答性が要求される補正については、燃料供給量の補正に速やかに反映し、応答性が比較的要求されない補正については、燃料供給量の補正へは速やかには反映しない。この結果、応答性が比較的要求されない補正が速やかに燃料供給量の補正量に盛り込まれることがなくなるので、空燃比が運転者の意図する以上に急激に変動することがなく、意図した以上のトルク変動の発生を抑制することができるので、ドライバビリティーが悪化することがない。
【０００８】
あるいは、制御部は、燃料挙動モデルにおいて、応答性が要求される補正パラメータに対して応答性が要求されない補正パラメータには時間遅れを付して補正を行い、実際に燃料噴射装置から供給する燃料供給量を求めることを特徴とするものでもよい。
【００１０】
この場合も、運転者の意図する以上に急激な空燃比、トルク変動の発生を抑制して、ドライバビリティーの悪化を防止しうる。
【００１２】
この燃料挙動モデルにおける壁面吸着モデルパラメータとして、所定のタイムステップにおいて、付着していた燃料が残留する残留率をＰ、燃料供給装置からの供給燃料からの付着率をＲとすると、応答性が要求されない補正パラメータにより燃料増量が必要な場合には、Ｒ／（１−Ｐ）を一定に維持しつつ、Ｐを大きく、Ｒを小さく変更することが好ましい。
【００１３】
このような関係を維持しながらモデルパラメータを変更することで、補正設定前後や補正解除前後において燃料挙動モデルにおける定常付着量を一定に維持できるため、補正解除直後に燃料挙動モデルにおける補正量が急変することがなく、不要なトルク変動の発生を抑制することができる。
【００１４】
ここで、応答性が要求される補正パラメータとしてはパワー増量を、応答性が要求されない補正パラメータとしては温度制御増量や空燃比補正を含むことが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。
【００１６】
図１は、本発明に係る内燃機関の燃料噴射量制御装置の実施形態をこれを適用した内燃機関とともに示す構成図である。
【００１７】
火花点火式のガソリン多気筒内燃機関（以下、単に内燃機関と称する）１には吸気管２と排気管３とが接続されている。吸気管２には吸入空気の温度を検出する吸気温センサ２２と、吸入空気量を検出するエアフローメータ２３と、アクセルペダル４の操作に連動するスロットル弁２４が配置されるとともにこのスロットル弁２４の開度を検出するスロットル開度センサ２５が配置されている。また、吸気管２のサージタンク２０には、吸気管２の圧力を検出するための吸気圧センサ２６が配置されている。さらに、内燃機関１の各気筒に接続される吸気ポート２１には電磁駆動式のインジェクタ（燃料噴射装置）２７が設けられており、このインジェクタ２７には燃料タンク５から燃料であるガソリンが供給される。図示の内燃機関１は、各気筒ごとに独立してインジェクタ２７が配置されているマルチポイントインジェクションシステムである。
【００１８】
内燃機関１の各気筒を構成するシリンダ１０内には図の上下方向に往復動するピストン１１が設けられ、このピストン１１はコンロッド１２を介して図示していないクランク軸に連結されている。ピストン１１の上方には、シリンダ１０とシリンダヘッド１３とによって区画された燃焼室１４が形成されている。この燃焼室１４の上部には点火プラグ２０が配置されるとともに、開閉可能な吸気バルブ１６と排気バルブ１７を介してそれぞれ吸気管２と排気管３に接続されている。
【００１９】
そして、排気管３には、排気ガス中の酸素濃度に応じた所定の電気信号を出力する空燃比センサ３１が配置されている。
【００２０】
内燃機関１を制御するエンジンＥＣＵ６（本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置を含む）は、マイクロコンピュータを中心に構成されており、上述した各センサ（吸気温センサ２２、エアフローメータ２３、スロットル開度センサ２５、吸気圧センサ２６、空燃比センサ３１）や車速センサ６０、クランクポジションセンサ６１の各出力信号が入力されるとともに、点火プラグ１５、インジェクタ２７の動作を制御するものである。
【００２１】
本発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置における燃料制御について説明する前に、この燃料制御において用いられる燃料挙動モデルの基本モデルを図２を参照して説明する。図２は、インジェクタ２７近傍（吸気ポート２１付近）における燃料挙動のシミュレーションモデルを示す模式図である。以下の説明では、コンピュータによる数値化処理を考慮して時刻を表すカウンタ（サイクル）値を「ｋ」で表す。
【００２２】
図２において、Ｆｉ（ｋ）は、時刻ｋにおいてインジェクタ２７から噴射される燃料量（インジェクタ噴射量）を、Ｆｗ（ｋ）は、時刻ｋにおいて吸気ポート２１の壁面や吸気バルブ１６の吸気ポート２１側表面（以下、吸気ポート２１の壁面等と呼ぶ）に付着している燃料量（壁面付着燃料量）を、Ｆｃ（ｋ）は、時刻ｋにおいて気筒内（シリンダ１０内の燃焼室１４内）へと流入する燃料量（筒内流入燃料量）をそれぞれ示している。ここで、時刻ｋにおけるインジェクタ噴射量Ｆｉ（ｋ）のうち、吸気ポート２１の壁面等に付着する割合（壁面付着率）をＲ（ｋ）とし、時刻ｋにおいて壁面付着燃料量Ｆｗ（ｋ）のうち、気化せずに吸気ポート２１の壁面等に残留する割合（壁面残留率）をＰ（ｋ）とすると、以下の式（１）、（２）が成立する。これらの式は、Ｃ．Ｆ．アキノの式として一般に知られている。
【００２３】
【数１】

一方、目標空燃比（混合比Ａ／Ｆ）λでの燃焼を実現する場合に時刻ｋにおいて実際に筒内に流入させるべき目標筒内流入燃料量Ｆｃｒ（ｋ）は、吸気流量をＱ（ｋ）とすると、
【数２】

で表せる。（１）〜（３）式より前記の筒内流入燃料量Ｆｃ（ｋ）をこの目標筒内流入燃料量Ｆｃｒ（ｋ）に一致させるためには、インジェクタ２７の噴射量Ｆｉ（ｋ）を
【数３】

となるように制御すればよいことがわかる。
【００２４】
ここで、パワー増量係数をＦpower、温度制御増量係数をＦth、空燃比補正係数をＦafとすると、従来は（３）式の目標筒内流入燃料量Ｆｃｒ（ｋ）にこれらの補正を加味して、
【数４】

として、補正後の流入燃料量Ｆｃｒ’（ｋ）を（４）式で用いる手法が採られていた。
【００２５】
図３は、このような従来の制御手法において、これらの増量係数を時刻ｔ₀の時点で増大させたときの、時刻ｔ₀前後における筒内流入燃料量Ｆｃ、壁面付着燃料量Ｆｗ、インジェクタ噴射量Ｆｉの計算結果と、混合比Ａ／Ｆの時間変化を示したタイムチャートである。
【００２６】
図３に示されるように、この従来制御によれば、混合比Ａ／Ｆを階段的に速やかにリッチ側へと変更することが可能であるが、その変化が急激に起こるため、上述したようにトルクの急変をもたらし、ドライバビリティーの悪化をもたらすことがあった。
【００２７】
以下、本発明に係る内燃機関の燃料噴射量制御装置の動作、すなわち、燃料噴射両制御について具体的に説明する。図４は、この制御装置の動作の一例を示すフローチャートである。この制御はエンジンＥＣＵ６によって実施されるものであり、車両の電源がオンにされてから、所定のタイミングで繰り返し実行される。このタイムサイクルのカウンタ値をｋで表す。つまり、ある時点で本制御フローを実行した時のカウンタ値がｋであるとき、次に本制御フローが実行されるときのカウンタ値がｋ＋１となる。
【００２８】
まず、ステップＳ１において、エンジンＥＣＵ６は、機関運転条件を読込む。これは、車速センサ６０から得られた車速、クランクポジションセンサ６１から得られたエンジン回転数等である。そして、ステップＳ２においては、ステップＳ１で読み込んだ吸気温センサ２２、エアフローメータ２３、吸気圧センサ２６、スロットル開度センサ２５の出力から吸入空気量を算出することで、（３）式に基づいて基本要求噴射量Ｆｃｒ（ｋ）を設定する。
【００２９】
ステップＳ３では、こうして求めた基本要求噴射量Ｆｃｒ（ｋ）に高速応答補正の増量係数Ｆotppのみを乗じて、実際の要求噴射量Ｆｃｒ’（ｋ）を求める。ここで、高速応答補正の増量係数Ｆotppとは、パワー増量係数Ｆpowerなど高応答性が要求される補正係数を意味する。
【００３０】
ステップＳ４では、（１）、（２）、（４）式において使用される各パラメータＰ（ｋ）、Ｒ（ｋ）の設定を行う。これらのパラメータは実験等により求めた値をエンジンＥＣＵ６のメモリ内に機関運転条件に対するマップ形式で保持しておき、機関運転条件に対応させて読み出すことで設定すればよい。
【００３１】
ステップＳ５では、こうして読み出したパラメータと要求噴射量Ｆｃｒ’（ｋ）を基にして（１）〜（４）式により燃料モデル計算を行い、壁面付着量Ｆｗ（ｋ）とインジェクタ噴射量Ｆｉ（ｋ）を更新する。
【００３２】
ステップＳ６では、求めたインジェクタ噴射量Ｆｉ（ｋ）に応答性の要求されない低速応答補正の増量係数Ｆotpqを乗じて実際の噴射量Ｆｉ’（ｋ）とする。この低速応答補正の増量係数Ｆotpqとしては、前述した温度制御増量係数Ｆth、空燃比補正係数Ｆafのほか、排気部品保護のための増量係数や、気筒補正、オーバーヒート増量係数などが含まれる。ステップＳ７では、この噴射量Ｆｉ’（ｋ）に応じた燃料量をインジェクタ２７から噴射する。
【００３３】
図５は、この制御において時刻ｔ₀時点で低速応答補正の増量係数Ｆotpqのみを増大させたときのその前後における燃料挙動モデルにおける要求噴射量Ｆｃｒ’、壁面付着燃料量Ｆｗ、インジェクタ噴射量Ｆｉの計算結果と、実際の噴射量Ｆｉ’、空燃比Ａ／Ｆの時間変化を示したタイムチャートである。なお、高速応答補正の増量係数Ｆotpqのみを増大させたときには、図３に示される従来の制御技術と同様の時間変化が確認される。
【００３４】
低速応答補正の増大係数をｔ₀でステップ的に増大させた場合でも、本発明においては、燃料挙動モデルの計算値であるＦｃｒ’、Ｆｗ、Ｆｉは時刻ｔ₀の前後で変化せず、一定に維持される。一方、実際の噴射量Ｆｉ’は時刻ｔ₀の時点でステップ的に増大させられるが、この増大によって実際の壁面付着量も時刻ｔ０以降に増大することにより、実際の空燃比は図に示されるようになだらかに変化し、トルクの急変を抑えることができる。
【００３５】
つまり、低速応答補正を燃料挙動モデルの計算に反映しないことで、低速応答補正が速やかに燃料補正に反映されるのを防止して、トルクの急変を抑制し、ドライバビリティーの悪化を抑制することが可能である。
【００３６】
ここでは、低速応答補正をＦｃｒ’の補正に適用しない例について説明してきたが、低速応答補正については時間遅れをもってＦｃｒ’の補正に適用するようにしてもよい。すなわち、Ｆｃｒ’（ｋ）の算出を次式
【数５】

により行うこととし、この式中の関数ａ（Ｆoptq）を図６に示されるように、Ｆoptqが増大してからΔｔ₁時刻後までは時刻ｔ₀までのＦoptq値（Ｆoptq-old）で維持され、Δｔ₁時刻後からは線形的に増大し、Δｔ₂時刻後に時刻ｔ₀時点のＦoptq（Ｆoptq-new）と一致するようにしてもよい。もちろん、時間遅れの与え方はこの形態に限られるものではなく、各種の設定方法が考えられる。
【００３７】
以上の説明では、筒内要求噴射量Ｆｃｒを補正する例について説明してきたが、各応答補正をパラメータＰ、Ｒの設定に盛り込んでもよい。以下、パラメータＰ、Ｒの設定に盛り込む場合の制御例について図７を参照して説明する。図７はこの制御の一例を示すフローチャートである。
【００３８】
ステップＳ１で機関運転条件を設定した後、ステップＳ２で要求噴射量Ｆｃｒ’（ｋ）を設定する。このＦｃｒ’（ｋ）には高応答補正と低応答補正の両方が含まれる。続く、ステップＳ４ａにおいては、特に低応答補正の状態を加味してモデルパラメータＰ、Ｒを設定する。すなわち、低応答補正による燃料の増量が必要な場合には、残留率Ｐを大きくし、付着率Ｒを小さく設定する。この時、Ｒ／（１−Ｐ）が一定に維持されるように変化させることが好ましい。Ｒ／（１−Ｐ）を一定に維持することで、定常付着量の計算結果に変動が起こらないため、低応答補正の補正反映後に残留率Ｐと付着率Ｒを標準状態に戻す必要が生じたときに、定常付着量の変化に伴う燃料噴射量の増減補正による不要なトルク変動の発生を抑制することができる。
【００３９】
ステップＳ５では、こうして設定したパラメータを基にして、（１）〜（４）式により燃料モデル計算を行い、壁面付着量Ｆｗ（ｋ）とインジェクタ噴射量Ｆｉ（ｋ）を更新する。
【００４０】
そして、続くステップＳ７では、噴射量Ｆｉ（ｋ）に応じた燃料量をインジェクタ２７から噴射する。
【００４１】
パラメータＰ、Ｒを変えることで、筒内要求噴射量Ｆｃｒ’（ｋ）の変化に対して噴射量Ｆｉ（ｋ）の変化を緩やかなものとし、壁面付着量Ｆｗ（ｋ）の変化量も減らすことができる。この結果、実際に筒内に供給される燃料量の変化は緩やかなものとなり、トルクの急変を抑制して、ドライバビリティーを向上させることが可能である。
【００４２】
本発明で用いることのできる燃料挙動モデルは必ずしも上述したモデルに限られるものではない。例えば、燃料の付着位置を弁表面と吸気ポートの壁面表面とに分けるなどさらに細分割してもよいし、気筒内における付着を考慮したモデルであってもよい。これらのモデルを用いた場合でも
それは本発明の技術的範囲に包含される。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、応答性を要求されない燃料増量の補正係数が変更された場合に、燃料噴射量の増量補正への反映を緩やかなものとし、応答性を要求される燃料増量の補正係数の変更は速やかに反映させることができるので、トルクの不要な変動が抑制され、ドライバビリティーが向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料噴射制御装置とこれを適用した内燃機関を示す概略構成図である。
【図２】本発明に係る燃料噴射制御装置における燃料挙動モデルを説明する図である。
【図３】従来の制御手法に係る燃料挙動モデルの計算結果の時間変化を示す図である。
【図４】本発明に係る燃料噴射制御装置の制御の一例を示すフローチャートである。
【図５】本発明に係る燃料挙動モデルの計算結果の時間変化を示す図である。
【図６】低速応答補正の時間遅れによる適用について説明する図である。
【図７】本発明に係る燃料噴射制御装置の制御の別の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…内燃機関、２…吸気管、３…排気管、４…アクセルペダル、５…燃料タンク、６…エンジンＥＣＵ、１４…燃焼室、２１…吸気ポート、２７…インジェクタ。

Claims (6)

1. 燃料噴射装置から内燃機関の気筒へと流入する燃料の動的挙動をモデル化した燃料挙動モデルを利用して燃料噴射装置による燃料供給量を制御する制御部を備える内燃機関の燃料噴射制御装置において、
   前記制御部は、応答性が要求される補正パラメータに基づく補正を含めて燃料挙動モデルにより燃料噴射装置から供給すべき燃料供給量を求めた後、さらに応答性を要求されない補正パラメータに基づく補正を行うことで実際に燃料噴射装置から供給する燃料供給量を求めることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
2. 燃料噴射装置から内燃機関の気筒へと流入する燃料の動的挙動をモデル化した燃料挙動モデルを利用して燃料噴射装置による燃料供給量を制御する制御部を備える内燃機関の燃料噴射制御装置において、
   前記制御部は、燃料挙動モデルにおいて、応答性が要求される補正パラメータに対して応答性が要求されない補正パラメータには時間遅れを付して補正を行い、実際に燃料噴射装置から供給する燃料供給量を求めることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
3. 前記燃料挙動モデルにおける壁面吸着モデルパラメータとして、所定のタイムステップにおいて、付着していた燃料が残留する残留率をＰ、燃料供給装置からの供給燃料からの付着率をＲとすると、応答性が要求されない補正パラメータにより燃料増量が必要な場合には、Ｒ／（１−Ｐ）を一定に維持しつつ、Ｐを大きく、Ｒを小さく変更することを特徴とする請求項２記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
4. 前記応答性が要求される補正パラメータにはパワー増量補正を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
5. 前記応答性が要求されない補正パラメータには温度制御増量補正を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。
6. 前記応答性が要求されない補正パラメータには空燃比補正増量を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。

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