JPH01271623A - 内燃機関の燃料噴射量制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［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
を表す物理モデルに則って燃料噴射弁からの燃料噴射量
を制御する内燃機関の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−っとして、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る燃料噴射量
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。

また、本願出願人は、上記提案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）内燃は関の広範囲
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
きる燃料噴射量制御装置として、特願昭６２−１８９８
８９号、特願昭６２−１８９８９１号等により、制御則
が内燃機関のシリンダ内に流入する燃料の挙動を表す物
理モデルに則って設計された燃料噴射量制御装置を提案
した。

上述したこれらの燃料噴射量制御装置においては、吸気
管壁面に付着した燃料の蒸発量は、一般に、ウォータジ
ャケット水温又はシリンダヘッド温度等の内燃機関の雰
囲気温度と吸気管圧力とに基づきデータマツプや演算式
に従って、あるいは内燃機関の雰囲気温度から求められ
た飽和蒸気圧をパラメータとする演算式等に従って算出
（検出）するよう構成されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、吸気管壁面に付着した燃料の蒸発量は、
内燃機関の雰囲気温度や吸気管圧力ばかりでなく、燃料
の性質、例えばオクタン価にかなり左右される。これは
、オクタン価を高めるために混入された添加物の影響に
よる。

このため、従来の内燃機関の燃料噴射量制御装置は、燃
料の性状の変化により、算出された燃料の蒸発量と実際
の蒸発量とが相異することがある。

従って、この結果、燃料挙動が変化して加速時等のドラ
イバビリティを悪化させることが考えられた。

この課題は、近年、公害対策として無鉛のオクタン価の
高いガソリンが普及する傾向にあることから、問題視さ
れつつある。

発明の構成 ［課題を解決するための手段］ 本発明の内燃機関の燃料噴射量制御装置は、第１図にそ
の基本構成を例示する如く、 吸気管Ｍ１壁面への付着燃料１ｆｗ及び該吸気管Ｍ１内
での蒸発燃料ｆｆ１ｆｖを状態変数として内燃機関Ｍ２
のシリンダＭ３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Ｍ４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、 少なくとも、上記内燃機関Ｍ２の回転速度ω及び上記シ
リンダＭ３内に流入する空気ｆｆ１ｍを検出する運転状
態検出手段Ｍ５と、 上記燃料の性状を検出し、この検出された燃料性状を加
味した上記吸気管Ｍ１壁面に付着した燃料の蒸発量■ｆ
を算出する燃料蒸発量算出手段Ｍ６と、 該燃料蒸発量算出手段Ｍ６で算出された吸気管Ｍ１壁面
付着燃料の蒸発ｆｆ１Ｖｆを回転速度ωで除算する除算
手段Ｍ７と、 上記物理モデル又は該物理モデルに基づき設定された演
算式を使用して、少なくとも上記除算手段Ｍ７の算出結
果と上記燃料噴射弁Ｍ４がらの燃料噴射量とに基づき上
記状態変数ｆｗ及びｆｖを推定する推定手段Ｍ８と、 上記物理モデルに基づき設定された演算式を使用して、
少なくとも、上記除算手段Ｍ７の算出結果Ｖｒ／ω、上
記推定手段Ｍ８の推定結果ｆｗｌ、　ｆｖｌ、及び上記
運転状態検出手段で検出された空気ｊ１ｍと目標燃空比
λｒとの積λｒｍに基づき、上記燃料噴射弁Ｍ４からの
燃料噴射量ｑを算出する燃料噴射量算出手段Ｍ９と、 を備えたことを特徴とする。

ここで、運転状態検出手段Ｍ５とは、少なくとも、内燃
機関Ｍ２の回転速度ω及びシリンダＭ３内に流入する空
気１ｍを検出するものである。そして内燃機関Ｍ２の回
転速度ωを検出するものとしては周知の回転速度センサ
を用いることができる。

シリンダＭ３内に流入する空気ｆｆ１ｍは、例えば吸気
管圧力Ｐと吸気温度Ｔ１と内燃機関Ｍ２の回転速度ωと
をパラメータとする次式（１）％式％）） により容易に算出することができる。このため空気Ｊｉ
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（１）
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ツプによ
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ｍ
ｍを推定するようにしてもよい。

燃料蒸発量算出手段Ｍ６とは、燃料性状、例えばオクタ
ン価を加味して吸気管Ｍ１壁面に付着した燃料の蒸発量
Ｖｆを算出するものであればよい。

即ち、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との関数からの仮の蒸
発１ｖｆ１を求め、この仮蒸発ＩＶｆ１に燃料の性状に
従う蒸発係数を乗算して燃料蒸発、量Ｖ「を算出する構
成とすることや、飽和蒸気圧Ｐｓと吸気管圧力Ｐと燃料
性状との三次元マツプより燃料蒸発量ｖｒを求める構成
とすること等が考えられる。

また、燃料性状を示す一例としての燃料のオクタン価は
、ノッキングを防止する所謂ノッキング進角制御におい
て、ベース進角と現状の制御進角との差に従って求める
よう構成してもよいし、センサ等により直接検出する構
成としてもよい。

また飽和蒸気圧Ｐｓはセンサにより直接検出することは
雑しいが、飽和蒸気圧ｐｓは吸気管Ｍ１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ボート付近のシリン
ダヘッド温度によって代表させることができるので、温
度センサによリ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（２）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＝Ｂ１・Ｔ２−β２・Ｔ＋β３　・・・（２）（但
し、β１．β２．β３：定数） 次に上記構成の基本となる物理モデルの一例について説
明する。

まず内燃機関Ｍ２のシリンダＭ３内に流入する燃料量ｆ
ｃは、燃料噴射弁Ｍ４からの燃料噴射量ｑと、吸気管Ｍ
１壁面への付着燃料量ｆｖと、吸気管Ｍ１内部での蒸発
燃料量ｆ■とを用いて次式（３）のように記述すること
ができる。

ｆｃ　＝ａ１−Ｑ−１４２−ｆｗ　＋ａ３−　ｆｖ・・
・（３） 即ち上記燃料１ｆｃ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Ｍ１からの間接流入量α２・ｆｗと、噴射燃料或は壁
面付着燃料の蒸発により吸気管Ｍ１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（３）のようにシリンダＭ３内に流入する
燃料ｄｆｃを記述することができるのである。

上式（３）において、燃料噴射量ｑは燃料噴射弁Ｍ４の
制ｍｌによって定まるので、吸気管Ｍ１壁面への付着燃
料量ｆｗ及び吸気管Ｍ１内での蒸発燃料ｌｆｖ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ｆｆｉｆｗ及び蒸発燃料量ｆｖ
について考える。

まず吸気管Ｍ１壁面への付着燃料ｆｉｆｗは、吸気行程
時のシリンダＭ３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Ｍ１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Ｍ
４から噴射される燃料噴射ｆｆ１ｑ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・Ｖｒ／ωとして表すことができる。このため吸
気管Ｍ１壁面への付着燃料ｆｆｉｆｗは次式（４）に示
す如く記述できる。

ｆ　Ｗ（ｋ＋１）＝　（１−α２）・ｆ　ｗ（ｋ）＋α
４・ａ　（ｋ）−α５・Ｖｆ（ｋ）／ω（ｋ）・・・（
４）（但し、Ｋ：吸気サイクル） 一方吸気管Ｍ１内部での蒸発燃料ｌｆｖは、吸気行程時
のシリンダＭ３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ｆｆ１ｑの一部α
６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Ｍ１内の蒸
発燃料ｌｆｖは次式（５）に示す如く記述できる。

ｆｖ（ｋ＋１）＝（１−α３）　−ｆｖ（ｋ）＋αＢ　
−ｑ（ｋ）＋　ａ５−　Ｖｆ（ｋ）／　ω（ｋ）　・・
−（５）次に内燃機関Ｍ２のシリンダＭ３内に吸入され
た燃料１ｆｃ（ｋ）は、内燃は関Ｍ２に供給された燃料
混合気の燃空比λ（ｋ）とシリンダＭ３内に流入した空
気１ｍ（ｋ）とから、次式（６）のように記述できる。

ｆｃ（ｋ）−λ（ｋ）−ｍ（ｋ）　　　−（６）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Ｍ２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）を得るこてができ、これによって内燃機関での
燃料挙動を表す物理モデルが定まる。

＋（１−α４−α６）ｑ（ｋ）・・・（８）推定手段　
Ｍ８は、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、状態変数ｆｗ及びｆｖを推定するものである。即
ち付着燃料ＩｆＷ；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１ｍ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、この推定手段Ｍ８を用いて推定するよ
うされているのである。

尚この推定手段Ｍ８としては、例えば、最小次元オブザ
ーバ（Ｍｉｎｉｍａｌ　０ｒｄｅｒ　ｏｂｓｅｒｖｅｒ
）　、同一次元オブザーバ（Ｉｄｅｎｔ　ｉ　ｔｙ　０
ｂｓｅｒｖｅｒ）、有限整定オブザーバ（Ｄｅａｄ　Ｂ
ｅａｔ　０ｂｓｅｒｖｅｒ）　、線形関数オブザーバ（
Ｌｉｎｅａｒ　Ｆｕｎｃｔｉｏｎ　０ｂｓｅｒｖｅｒ）
或は適応オブザーバ（Ａｄａｐｔｉｖｅ　０ｂｓｅｒｖ
ｅｒ）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。

次に燃料噴射量算出手段Ｍ９は、上記物理モデルに基づ
き予め設定された演算式を用いて、少なくとも、除算手
段Ｍ７の算出結果Ｖｆ／ω、推定手段Ｍ８の推定結果ｆ
ｗｌ、　ｆｖｌ、及び運転状態検出手段Ｍ５で検出され
た空気１ｍと目標燃空比λｒとの積（即ちシリンダＭ３
内に流入させる目標燃料量）λｒｍ、に基づき燃料噴射
弁Ｍ４からの燃料噴射量ｑを算出する。

即ち燃料噴射量算出手段Ｍ９は、内燃機関Ｍ２に供給さ
れる燃料混合気の燃空比を目標燃空比λｒに制御すべく
、上記推定手段Ｍ８で推定された状態変数量（付着燃料
ａ’ｒｗｔ及び蒸発燃料量ｆｖｌ）及びシリンダＭ３内
に流入させる目標燃料量λｒｍに、夫々、上記物理モデ
ルに基づき予め設定された係数を掛けるとともに、当該
制御系を非線形補償するために、除算手段Ｍ７での算出
結果Ｖｆ／ω（ｋ）に上記物理モデルに基づき予め設定
された係数を掛け、それら各乗算値を加えた値を制御量
として算出する、非線形補償された制御量算出手段とし
て構成されている。

尚、この燃料噴射量算出手段Ｍ９としては、外乱によっ
て燃空比が目標燃空比から大きくずれることのないよう
、内１１１関Ｍ２のシリンダ内に流入する燃料量を検出
し、その検出結果と上記目標燃料量λｒｍとの偏差を逐
次加算し、該検出結果に係数を掛けた値を上記燃料噴射
量ｑの算出結果に加算して制御に用いる燃料噴射量ｑと
する、所謂サーボ系（Ｓｅｒｖｏ　Ｓｙｓｔｅｍ）に拡
大された制御量算出手段として構成してもよい。この場
合、内燃機関Ｍ２のシリンダ内に流入した燃料量を検出
する必要があるが、これには周知の空燃比センサを用い
て内燃機関Ｍ２に供給された燃料混合気の燃空比λを検
出し、この検出結果に上記運転状態検出手段Ｍ５で検出
された空気１ｍを乗算することで燃料λｍを求めるよう
にすればよい。

［作用コ このように構成された本発明の内燃機関の燃料噴射量制
御装置においては、推定手段Ｍ８が、除算手段Ｍ７の算
出結果Ｖｆ／ω及び燃料噴射量ｑに基づき状態変数ｆＷ
１及びｆＶｌを推定し、燃料噴射量算出手段Ｍ９が、除
算手段Ｍ７の算出結果Ｖｆ／ω、推定手段Ｍ８の推定結
果ｆＷ１．　ｆＶｌ、及び運転状態検出手段Ｍ５で検出
された空気量ｍと目標燃空比λｒとの積λｒｍに基づき
燃料噴射量ｑを算出するが、上記除算手段Ｍ７で使用さ
れる燃料蒸発量Ｖｆは、燃料蒸発量算出手段Ｍ６により
、検出された燃料性状を加味して算出される。

これにより、燃料の性状の相異に好適に対応した燃料蒸
発ｆｉＶｆを算出し、ひいては目標燃空比λｒに好適に
対応した燃料噴射量ｑを算出するよう働く。

［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４気筒の車両用内燃機
関２及びその周辺装置の構成を表す概略構成図である。

図において４はエアクリーナ６を介して空気を吸入する
吸気管を表し、この吸気管４には、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１４が備えられている。一方１６は排気管
で、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及び吸気温センサ
１４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の
各気筒への燃料噴射タイミングｔを検出するためのクラ
ンク角センサ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２
６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により発生
された高電圧を各気筒の点火プラグ２９に分配するため
のものである。

そして上記各センサからの検出信号は、論理演算回路と
して構成された電子制御回路３ｏに出力され、内燃機関
２の各気筒に設けられた燃料噴射弁３２を駆動して燃料
量ｅＡＩを制御する燃料噴射制御、及びイグナイタ２８
からの高電圧の発生タイミング（即ち点火時期）を制御
する点火時期制御を実行するのに用いられる。

即ち電子制御回路３０は、予め設定された制御プログラ
ムに従って燃料噴射制御や点火時期制御のための演１ｆ
ｆｉ理を実行するＣＰＵ４０、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＜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
ための入力ボート４６、及びＣＰＵ４０での演算結果に
応じて各気筒の燃料噴射弁３２に駆動信号を出力するた
めの出力ボート４８、等から構成され、ＲＯＭ４２内に
予め記憶された制御プログラムに従って、内燃機関２の
運転状態に応じて燃料噴射量及び点火時期を最適に制御
するのである。

上記のように構成された本実施例の電子制御回路３０で
は、内燃機関２の各気筒のシリンダ内に流入する燃料混
合気の燃空比が内燃機関２の運転状態に応じて設定され
る目標燃空比λｒになるように、各気筒の燃料噴射弁３
２からの燃料噴射量が各々独立して制御される。

以下、この燃料噴射制御のための制御系を第３図に示す
ブロックダイヤグラムに基づき説明する。

尚、第３図は一気筒に対する燃料噴射制御系を示す図で
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図及び第５図のフローチャートに示したプログラム
の実行により各気筒毎に実現される。また本実施例の制
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。

第３図に示すように、まず吸気圧センサ１２で検出され
た吸気管圧力Ｐ及び水温センサ２６で検出された冷却水
温Ｔが第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（２）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と
吸気管圧力Ｐとに基づき更に後述する燃料のオクタン価
ＯＮを加味して吸気管４の壁面に付着した燃料の蒸発量
ｖｆが算出される。またその算出された蒸発口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ｆ４乗算部Ｐ３に
入力され、予め設定された係数ｆ４が乗算される。

一方眼気圧センサ１２により検出される吸気管圧力Ｐ及
び回転速度センサ２２により検出される回転速度ωは、
吸気温センサ１４により検出される吸気温Ｔｉと共に第
２油痺部Ｐ４にも入力される。第２演算部Ｐ４は、上述
の（１）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
果は乗算部Ｐ５に出力される。すると乗算部Ｐ５では、
上記第２演算部Ｐ４で算出された空気１ｍと予め設定さ
れた目゛標燃空比λｒとが乗算され、これによってシリ
ンダ内に流入すべき燃料量（目標燃料量）λｒｍが算出
される。そしてこの乗算部Ｐ５で算出された目標燃料量
λｒｍは係数ｆ３乗算部Ｐ６に入力され、予め設定され
た係数ｆ３が乗算される。

・一方上記除算部Ｐ２の除算結果Ｖｆ／ωは状態変数推
定部Ｐ７にも出力される。状態変数推定部Ｐ７は、予め
設定された演算式（本実施例では前述の（７）式を用い
て、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ｆｗｌ及び吸気管４内での蒸発燃料量ｆ　ｖ
ｌとから、前述の（７）及び（８）式で示した物理モデ
ルの状態変数量、即ち付着燃料ｆｉｆｗと蒸発燃料量ｆ
ｖ、を推定するためのもので、その推定結果ｆＷ１及び
ｆｖｌには、係数ｆ１乗算部Ｐ８及び係数ｆ２乗算部Ｐ
９で、夫々、係数ｆ１及びｆ２が乗算される。

そしてこれら乗算部Ｐ８及びＰ９からの乗算結果は、他
の乗算部Ｐ３、Ｐ６での乗算結果と共に加算部Ｐ１０〜
Ｐ１２で加算され、これによって燃料噴射弁３２からの
燃料噴射ｆｆ１ｑが決定される。

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、
■０１．２８．ω０．１２＜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。

上述のように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。こ
の物理モデルは非線形であるので、まず上記物理モデル
を線形近似する。

上記（７）、（８）式において、 Ｘ（ｋ）　＝　［ｆｗ（ｋ）　　ｆｖ（ｋ）］　”　　
　・・・（１０）Ｗ（ｋ）　＝　［Ｖｆ（ｋ）／ω（ｋ
）］　　　　・・・（１４）Ｙ（ｋ）　＝　［λ（ｋ）
　　−ｍ（ｋ）　］　　　　−（１５）ｕ（ｋ）　＝　
［ｑ（ｋ）　］　　　　　　　　・・・（１６）Ａ＝　
［１−α４−　α６　コ　　　　　　　　　　　・・・
　（１７）θ＝　［α２　　　α３　コ　　　　　　　
　　　　　　　・・・　（１８）とおくと、（７）、（
８）式は Ｘ（ｋ＋１）　＝＠−Ｘ（ｋ）　＋　Ｕ−ｕ　（ｋ）　
＋　Ｅ　−Ｗ（ｋ）・・・（１９） Ｙ（ｋ）＝の・Ｘ（ｋ）　＋Ａ　−ｕ　（ｋ）　　−（
２０）で表すことができる。

ここで、Ｙ（ｋ）　＝４’ｒ　（目標値）で定常となる
とき、ｕ（ｋ）＝ｕｒ、Ｘ（ｋ）＝Ｘｒとすると、上式
（１９）及び（２０）は次式（１９）　’　、（２０）
　’に示す如くなる。

ｘｒ＝Φ−ｘｒ＋Ｆ’−ｕｒ＋Ｆ−Ｗ（ｋ）・・・（１
９）　’ Ｙｒ＝０−Ｘｒ十八へｕｒ　　　　−（２０＞’上式（
１９）　、　　（１９）　’及び（２ｏ）、（２０）　
’より、Ｘ（ｋ＋１）−Ｘｒ＝＠　（Ｘ（ｋ）−Ｘｒ）
＋　Ｉ［”’（ｕ　（ｋ）　−ｕ　ｒ　）　・・（２１
）Ｙ（ｋ）−Ｙｒ＝θ（Ｘ（ｋ）−Ｘｒ）＋Ａ　（ｕ　
（ｋ）　−ｕ　ｒ　）　・（２２）次に、上式（２１）
、　　（２２）において、Ｘ（ｋ）　＝Ｘ（ｋ）　−Ｘ
ｒ　　　　　　　　−（２３）Ｕ（ｋ）　＝ｕ（ｋ）　
−ｕ　ｒ　　　　　　　　−（２４）Ｙ（ｋ）＝Ｙ（ｋ
）−Ｙｒ−Ａ　（ｕ（ｋ）　−ｕｒ）・・・（２５） とおくと、（２１）、　　（２２＞式は次式（２Ｂ）　
　（２７）の如くなる。

Ｘ　（ｋ＋１）＝＠Ｘ（ｋ）　＋　ＩｒＬＩ（ｋ）　　
　・・・（２６）Ｙ（ｋ）＝θＸ　（ｋ）　　　　　　
　　　−（２７）この（２６）及び（２７）におイテ、
Ｘ（ｋ）−０トＴれば、Ｙ（ｋ）＝Ｏとなり、ｔＪ（ｋ
）→ｕｒｒあれば、Ｙ　（ｋ）→Ｙｒとなる。従って上
式（２６）の最適レギュレータを設計すればよい。即ち
、離散型りカッチ方程式を説くことで、最適制御は次式
（２８）の如く求まる。

Ｕ　（ｋ）＝ＦＸ　（ｋ）　　　　　　　　　　　　　
　　−（・２８）またこの（２８）式は、上記（２３）
及び（２４）式より次式（２９）の如くなる。

ＬＪ（ｋ）　＝Ｆ　・Ｘ（ｋ）　−Ｆ　・Ｘｒ＋ｕ　ｒ
−（２９）従って、上記（１９）　’及び（２０＞　’
式において、がＸｒｌｕｒについて解ければ上式（２９
）が確定し、ｕ　（ｋ）を求めることができるようにな
る。

本実施例の場合、上式（３０）は前述の（１ｏ）〜（１
８）式より、次式（３１）の如くなり、Ｘｒ、ｕｒ　（
即ちｆｗｒ、ｆｖｒ、　ｑｒ　）が夫々次式％式％ （但し、β１１〜β２３は定数） 従って上記（２９）式より、ｆ１〜ｆ４を定数として、 ｕ（ｋ）　−ｆｌ　　−ｆｗ（ｋ）＋ｆ２　−　ｆｖ（
ｋ）＋ｆ３−ｍ（ｋ）λｒ＋ｆ４−　Ｖｆ（ｋ）／ω（
ｋ）　　　　　・・・（３５）となり、上記第３図に示
す制御系が設計できる。

尚上式（３５）は燃料噴射量を求めるための上述の燃料
噴射量算出手段Ｍ９での演算式となる。

次に状態変数推定部Ｐ７は、上式（３５）における吸気
管４壁面への付着燃料ｌｆｗ及び吸気管４内での蒸発燃
料ｆｉｆｖを直接測定できないため、その値を推定する
ためのものである。この種の推定装置は、通常、ゴピナ
スの設計法等によって設計されるオブザーバとして構成
されるが、本実施例では内燃機関２に実際に供給された
燃料混合気の空燃比λを測定できないため、通常のオブ
ザーバを使用することができない。しかし内燃機関２で
の燃料挙動は上記（７）式によって記述できるので、（
７）式をそのまま用いることで吸気管４壁面への付着燃
料ｉｆｗ及び吸気管４内での蒸発燃料！ｆｖを求めるこ
とができる。

即ち、まず（７）式において、ｑ（ｋ）は制御聞として
電子制御回路３０側で知ることができ、またＶｆ（ｋ）
は水温センサ２６により検出される冷却水温Ｔから飽和
蒸気圧ｐｓを求め、この値と吸気圧センサ１２により検
出された吸気管圧力Ｐとから検出することができ、更に
ω（ｋ）は回転速度センサ２２により検出することがで
きるので、右辺第２項、第３項は計算可能である。そこ
で、６ｗ（ｋ）　−ｆ　ｗ（ｋ）　−ｆ　ｗｌ　（ｋ）
　　　・・・（３６）δｖ（ｋ）＝ｆｖ（ｋ）　−ｆｖ
ｌ（ｋ）　　　・・１３７）とおくと、 となる。上式（３８）において１−α２く１．１−α３
く１であるから（３８）は安定で、６ｗ（ｋ）、δＶ（
ｋ）−）　０　、即ちｆｗｌ（ｋ）　→ｆｗ（ｋ）、ｆ
ｖｌ（ｋ）−＋ｆｖ（ｋ）となる。従って上記ｆ　ｗ（
ｋ）、ｆ　ｖ（ｋ）として適当な初期値を与えれば、ｆ
　ｖ（ｋ）及びｆ　ｖ（ｋ）は上式（７）によって推定
できるようになるのである。

このため本実施例では、この状態変数推定部Ｐ７が、上
記（７）式を用いて吸気管４壁面への付着燃料、ｌｆｗ
及び吸気管４内での蒸発燃料ｌｆｖを推定するよう構成
されている。尚外乱によって、ｆ　ｗ（ｋ）≠ｆＷ１、
ｆ　ｖ（ｋ）≠ｆＶ１となッテも、ｆ　ｗｌ　（ｋ）　
、ｆｖｌ（ｋ）は、ｆ　ｗ（ｋ）、ｆｖ（ｋ）に追従す
るので、上記（３５）式によりｕ（ｋ）（即ち燃料噴射
ｆｆ１ｑ（ｋ））を問題なく算出できる。

次に電子制御回路３０で実行される燃料噴射制御を第４
図及び第５図に示すフローチャートに基づいて説明する
。尚以下の説明では、各気筒毎に設定される量には、気
筒番号ｉ　（＝１〜４）を表わす添字（ｉ）を付して説
明する。

まず第４図は内燃機関２の運転開始と共に起動され、内
燃機関２の運転中繰り返し実行されるメインルーチンの
一つとして実行される燃料噴射ｍ算出処理を表すフロー
チャートである。

図に示す如く処理が開始されると、まずステップ１００
を実行して、各気筒毎に設定される付着燃料量ｆｗ１（
ｉ）　、蒸発燃料量ｆｖ１（ｉ）　、燃料噴射量ｑ（ｉ
）を全て初期設定する。そして続くステップ１１０では
、上記各センサからの出力信号に基づき、吸気管圧力Ｐ
、吸気温度Ｔｉ１内燃機関２の回転速度ω、冷却水温Ｔ
を求め、ステップ１２０に移行する。

ステップ１２０では、上記ステップ１１０で求めた吸気
管圧力Ｐと、内燃機関２の回転速度ω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１２０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λｒ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１２０で目標燃空比λｒが設定されると、今度
はステップ１３０に移行し、上記ステップ１２０で求め
た吸気管圧力Ｐと吸気温度Ｔｉと内燃機関２の回転速度
ωとに基づき、前述の（１）式に示した如き演算式また
はデータマツプを用いてシリンダ２ａ内に流入する空気
、１ｍを算出する、前記演算部Ｐ４としての処理を実行
する。

続くステップ１４０ないし１６０では、上記ステップ１
１０で求めた冷却水温Ｔと吸気管圧力Ｐとに基づき仮蒸
発１ｙｒｉを求め（ステップ１４０）、仮蒸発量ｖｆ１
に蒸発係数ｆ（ＯＮ）を乗算して吸気管２ａ壁面への付
着燃料の蒸発量ｖｆを算出しくステップ１５０）　、こ
の燃料蒸発ｆｆ１Ｖｆを内燃機関２の回転速度ωで除算
して（ステップ１６０）１吸気サイクルでの吸気管４壁
面からの燃料の蒸発量Ｖｆｗ（即ちＶｆ／ω）を算出す
る、演算部Ｐ１及び除算部Ｐ２としての処理を実行する
。

ここで、上記蒸発係数Ｆ（ＯＮ＞について説明する。

蒸発係数ｆ　（ＯＮ　＞は、基準オクタン価での燃料蒸
発伍に対する任意のオクタン価での燃料蒸発ｌＶｆの比
を示すものである。一般に、燃料蒸発ｆｆ１Ｖｆは、温
度及び圧力が同じであっても、燃料のオクタン価ＱＮが
高くなる程大きくなる。これは、オクタン価ＯＮを高め
るために混入した添加物の影響による。この−例を示し
たのが第６図に示すマツプであり、この第６図に示すマ
ツプは、水温Ｔが６０℃でのオクタン価ＯＮと蒸発係数
ｆ（ＯＮ　）との関係を示している。第６図に示される
ような温度毎のマツプは、予めＲＯＭ４２に記憶されて
いる。

一方、燃料のオクタン価ＯＮは、第７図に示す「点火時
期制御ルーチン」において、所謂ノッキング進角制御処
理が実行された復（ステップ１６１）、マツプ等による
目標進角（ベース進角）と現状の制御進角との差として
の補正進角θＡを求め（ステップ１６２）、この補正進
角θＡに従って第８図に示すマツプから算出される（ス
テップ１６３）。

上記ステップ１６０に続くステップ１７０では、上記ス
テップ１２０で設定した目標燃空比λｒと上記ステップ
１３０で求めた空気１ｍとを乗算して、シリンダ２ａ内
に流入する目標燃料量λｒｍを算出°する、乗算部Ｐ５
としての処理を実行した後、ステップ１８０に移行する
。

ステップ１８０では、後述の割込処理で燃料噴射後気筒
毎に算出される付着燃料１ｆｗ１（ｉ）及び蒸発燃料量
ｆｖ１（ｉ）と、ステップ１７０で求めた目標燃料量λ
ｒｍと、ステップ１６０で求めた燃料蒸発、ｌｖｆｗと
から、前述の（３５）式を用いて、次に燃料噴射を行な
う気筒の燃料噴射量ｑ（＋）を算出し、再度ステップ１
１０に移行する。

次に第５図は、クランク角センサ２４からのパルス信号
に基づき内燃機関２の各気筒の燃料噴射タイミング毎（
本実施例では各気筒毎に独立して燃料噴射を行なう独立
噴射方式が採用されているため１８０℃Ａ毎となる。）
に実行され、吸気行程に入る直前の気筒に対して燃料噴
射弁３２を開弁じて燃料噴射を行なう燃料噴射実行処理
を表わすフローチャートである。

図に示す如くこの処理が開始されると、まずステップ２
００を実行して、上記燃料噴射量算出処理で算出された
燃料量１量ｑ（１）を読み込み、ステップ２１０に移行
する。ステップ２１０では、現在燃料噴射制御の対象と
なっている気筒（ｉ）の燃料噴射弁３２に開弁信号を出
力すると共に、上記読み込んだ燃料噴射量ａ（ｉ）に応
じて閉弁時間を図示しないタイマにセットし、ステップ
２２０に移行する。尚このステップ２１０の処理によっ
て閉弁時間がセットされたタイマは、閉弁時間が経過す
ると燃料噴射弁３２への開弁信号の出力を停止し、燃料
噴射弁３２を閉弁して燃料噴射を終了させる。

次にステップ２２０では、燃料噴射量算出処理で算出さ
れた吸気管壁面からの燃料蒸発ｆｆｌＶｆｗと、ステッ
プ２００で読み込んだ燃料噴射ｆｆ１ｑ　（ｉ）と、付
着燃料ｌｆｗ１（ｉ）及び蒸発燃料ｆｆ１ｆｖｌ（ｉ）
とにより、前記（７）式に基づき設定された次式（３を
用いて、今回燃料噴射を行った気筒（１）の次回の燃料
噴射量ｑ（ｉ）を算出するのに用いる付着燃料量ｆｗ１
（ｉ）及び蒸発燃料量ｆｖｌ（ｉ）を推定する、状態変
数推定部Ｐ７としての処理を実行する。

そして続くステップ２３０に移行し、燃料噴射制御の対
象となる気筒番号として、今回燃料噴射を行った気筒の
次に吸気行程に入る気筒番号を設定して一旦処理を終了
する。

以上、詳細に説明した本実施例の燃料噴射量制御装置で
は、今回燃料噴射を行った気筒（ｉ）の次回の燃料噴射
量ｑ（ｉ）を算出するのに用いる燃料蒸発量■ｆは、燃
料性状としてのオクタン価ＯＮを加味して算出される。

これにより、燃料のオクタン価ＯＮの相異に係わらず、
目標燃空比λ１゛に好適に対応した次回の燃料噴射ｆｉ
ｑ　（ｉ）を算出することができるという優れた効果を
奏し、更にドライバビリティを向上させることができる
。

また、オクタン価ＯＮを外乱として扱っているため、制
御式を変更する必要がなく、簡易な構成によりオクタン
価ＯＮの変動に対処することができるという効果も有し
ている。

更に、本実施例においては、燃料のオクチン価ＯＮを「
点火時期制御ルーチン」において求めるよう構成したの
で、オクタン価ＯＮを検出する燃料識別センサを不要と
することができる。

また本実施例の燃料噴射量制御装置によれば、制御則を
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
基づき設定して、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Ｖ　ｒｗ
　（即ちＶｒ／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＠量を制御することがで
きるだけでなく、燃料噴射量ｑ（ｉ）を算出するのに必
要な各種パラメータ、即ち吸気管圧力Ｐ、吸気温度Ｔｉ
。

内燃機関２の回転速度ω、及び冷却水ＩＴに各センサで
検出される最新の値を使用することができるようになり
、燃料噴射量ｑ（ｉ）を内燃機関２の最新の運転状態に
応じて設定して制御精度をより向上することができるよ
うになる。

１服り１里 本発明の内燃別間の燃料噴射口制御装置によると、燃料
性状の相異に係わらず、目標燃空比に好適に対応した燃
料噴射量を算出することができ、−層ドライバビリティ
を向上させることができるという優れた効果を奏する。

また、燃料性状を外乱として扱うため、制御式を変更す
ることなく、簡易な構成により燃料性状の変動に対処す
ることができるという効果も有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を表すブロック図、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
図は内燃機関の気筒毎に設定された制御系を示すブロッ
クダイヤグラム、第４図は電子制御回路で繰り返し実行
される燃料噴射実行処理を表すフローチャート、第５図
は同じく電子制御回路で燃料噴射タイミング毎に実行さ
れる燃料噴射実行処理を表わすフローチャート、第６図
は蒸発係数ｆ（ＯＮ）を求めるマツプを示すグラフ、第
７図は「点火時期制御ルーチン」の処理を示すフローチ
ャート、第８図はオクタン価ＯＮを求めるマツプを示す
グラフ、である。 Ｍｌ、４・・・吸気管　Ｍ２．２・・・内燃機関　向３
・・・シリンダ　Ｍ４．３２・・・燃料噴射弁　Ｍ５・
・・運転状態検出手段　Ｍ６・・・燃料蒸発量算出手段
　Ｍ７・・・除算手段　Ｍ８・・・推定手段　Ｍ９・・
・燃料噴射量算出手段　Ｍ９・・・燃料噴射実行手段　
１２・・・吸気圧センサ　−４・・・吸気温センサ　２
０・・・回転速度センサ　２６・・・水温センサ　３０
・・・電子制御回路 代理人　弁理士　定立　勉（ほか２名）第３■ 第４図 第５図 第６図 オクタン価ＯＮ 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 吸気管壁面への付着燃料量及び該吸気管内での蒸発燃料
   量を状態変数として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つて、燃料噴射弁か
   らの燃料噴射量を制御する内燃機関の燃料噴射量制御装
   置であって、 少なくとも、上記内燃機関の回転速度及び上記シリンダ
   内に流入する空気量を検出する運転状態検出手段と、 上記燃料の性状を検出し、この検出された燃料性状を加
   味した上記吸気管壁面に付着した燃料の蒸発量を算出す
   る燃料蒸発量算出手段と、 該燃料蒸発量算出手段で算出れた吸気管壁面付着燃料の
   蒸発量を回転速度で除算する除算手段と、上記物理モデ
   ル又は該物理モデルに基づき設定された演算式を使用し
   て、少なくとも上記除算手段の算出結果と上記燃料噴射
   弁からの燃料噴射量とに基づき上記状態変数を推定する
   推定手段と、上記物理モデルに基づき設定された演算式
   を使用して、少なくとも、上記除算手段の算出結果、上
   記推定手段の推定結果、及び上記運転状態検出手段で検
   出された空気量と目標燃空比との積に基づき、上記燃料
   噴射弁からの燃料噴射量を算出する燃料噴射量算出手段
   と、 を備えたことを特徴とする内燃機関の燃料噴射量制御装
   置。