JPH0364646A - 内熱機関の燃料噴射量制御装置 - Google Patents

内熱機関の燃料噴射量制御装置

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JPH0364646A
JPH0364646A JP20005289A JP20005289A JPH0364646A JP H0364646 A JPH0364646 A JP H0364646A JP 20005289 A JP20005289 A JP 20005289A JP 20005289 A JP20005289 A JP 20005289A JP H0364646 A JPH0364646 A JP H0364646A
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JP
Japan
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fuel
intake
internal combustion
combustion engine
fuel injection
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JP20005289A
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English (en)
Inventor
Shinji Ikeda
愼治 池田
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

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1 本発明1よ 内燃機関のシリンダ内に流入する燃料の挙
動を記述した燃料挙動モデルに基づき設定された制御則
に則って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に燃料噴射量を制御する装置の一
つとして、例えば特開昭59−]96930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
を記述する数式モデルを求め、これに基づき設計された
制御則により燃料噴射量を制御する、所謂線形制御理論
に基づく制御装置が知られている。
しかし上記制御入力と制御出力との関係は本来非線形で
あり、上記のように単に線形近似により数式モデルを求
めたのでは内燃機関の動的な振舞いを極めて狭い運転条
件下でしか記述することができず、制御を良好に行なう
に(よ 例えば特開昭59−7751号公報に記載の如
く、線形近似が成り立つとみなし得る複数の運転領域毎
に数式モデルを設定し、これに基づき各運転領域毎に制
御則を決定しなければならなかった このため従来で1
↓ 制御則を内燃機関の各運転領域毎に切り換えなけれ
ばならず、制御が煩雑になるといった問題があった ま
た各運転領域の境界点では制御則の切り換えのために制
御が不安定になるといった問題もある。
そこで本願出願人は、特願昭62−189889号、特
願昭62−189891号等により、内燃機関における
燃料挙動を記述した燃料挙動モデルに基づき、非線形補
償された制御則を決定することで、上記のように制御則
を切り換えることなく(即ち一つの制御則で)燃料噴射
量制御を実行できる燃料噴射量制御装置を提案した [発明が解決しようとする課題] しかし上記燃料挙動モデルによっても内燃機関の燃料挙
動を常に正確に記述することは難しく、吸気弁と排気弁
とが同時に開くバルブオーバーラツプにより吸気管にお
いて吸気の逆流が発生する運転領域(例えば4気筒内燃
機関の高負荷運転領域)で、燃料挙動モデルと実際の燃
料挙動とが対応しなくなることがある。このため上記提
案の装置において(五 一つの制御則により燃料噴射量
制御を実行することができるものの、吸気の逆流が発生
する運転領域で空燃比の制御精度が低下するといった問
題があった 尚こうしたモデル誤差に伴う制御誤差に1.、制御則を
周知のサーボ系に拡大して積分動作によって補償するこ
とができるが、積分補償の割合を大きくすると応答性が
悪くなってしまう。
そこで本発明(戴 上記のように内燃機関の燃料挙動を
記述した燃料挙動モデルに基づき設定された一つの制御
則により内燃機関の燃料噴射量制御を行なう装置におい
て、吸気の逆流に伴い燃料挙動モデル1こ誤差が生じた
場合に11  制御則を自動補正して、空燃比の制御精
度を常に確保できるよう]二することを目的としてなさ
れた [課題を解決するための手段] 即ち上記目的を達するためになされた本発明(飄第1図
に例示する如く、 内燃機関E/Gの運転状態を検出する運転状態検出手段
Mlと、 該運転状態検出手段Mlの検出結果に基づき、内燃機関
E/Gのシリンダ内に流入する燃料の挙動を記述した燃
料挙動モデルに基づき予め設定された制御則に従って、
内燃機関E/Gへの燃料噴射量を算出する燃料噴射量算
出手段Mlと、該燃料噴射量算出手段Mlの算出結果に
応じて内燃機関E/Gに燃料仁噴射供給する燃料噴射実
行手段M3と、 を備えた内燃機関の燃料噴射量制御装置において、上記
運転状態検出手段Mlの一つとして、内燃機関E/Gの
吸気管を流れる吸気の流量を双方向に検出する流量セン
サM4を設けると共に、該流量センサM4からの検出信
号に基づき、上記吸気管において吸気導入口から内燃機
関E/G側に流れる吸気流量と、上記吸気管において内
燃機関E/Gから吸気導入口側に流れる吸気流量との比
率を算出する吸気逆流率算出手段M5と、該吸気逆流率
算出手段M5の算出結果に基づき、上記燃料挙動モデル
の誤差を推定するモデル誤差推定手段M6と、 該モデル誤差推定手段M6にて推定された燃料挙動モデ
ルの誤差に基づき、上記燃料噴射量算出手段M2の制御
則を補正する補正手段M7と、を設けたことを特徴とす
る内燃機関の燃料噴射量制御装置を要旨としている。
[作用] 以上のように構成された本発明の燃料噴射量制御装置に
おいて(よ まず吸気道流率算出手段M5が、流量セン
サM4からの検出信号に基づき、吸気導入口から内燃機
関E/G側へと吸気管を正方向に流れる吸気流量と、内
燃機関E/Gから吸気導入口側へと吸気管を逆方向に流
れる吸気流量との比率を算出し、モデル誤差推定手段M
6が、その算出結果に基づき、燃料挙動モデルの誤差を
推定する。すると補正手段M7がその推定された燃料挙
動モデルの誤差に基づき、燃料噴射量算出手段M2が燃
料噴射量の算出に用いる制御則を補正する。
即ち本発明の燃料噴射量制御装置(上 吸気管において
正方向に流れる吸気流量と逆方向に流れる吸気流量との
比率に基づき、燃料挙動モデルの誤差を推定し、その推
定結果に基づき制御則色補正するようにされている。
[実施例] 以下1こ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4サイクルの内
燃機関2とその周辺装置の構成を表す概略構成図である
図に示す如く、内燃機関2の吸気管4に(よ その上流
から、吸入空気を浄化するエアクリーナ6、吸気管4を
流れる空気の流量(吸気流1)Gaを検出する熱線式の
エアフロメータ8、内燃機関2に吸入される空気量(吸
気量)を制御するためのスロットルバルブ10、スロッ
トルバルブ10の開度(スロットル開度)θTHを検出
するスロットル開度センサ]2、及び吸気の脈動を抑え
るためのサージタンク14が備えら札 排気管16に(
友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。
また内燃機関2に(よ その運転状態を検出するための
センサとして、上述のエアフロメータ8及びスロットル
開度センサ12の他に ディストリビュータ22に取り
付けら札 内燃機関2が30”CA(但し、’CA: 
 クランク角度)回転する度に検出信号を出力する回転
角センサ24、同じくディストリビュータ22に取り付
けら札 特定気筒が吸気行程にあるとき検出信号を出力
する気筒判別センサ26、及び冷却水温THWを検出す
る水温センサ28が備えられている。
尚ディストリビュータ22(よ イグナイタ30からの
高電圧を所定の点火タイミングで各気筒#]〜#4の点
火プラグ32−1〜32−4に順次印加するためのもの
である。
そして上記各センサからの検出信号(上 夫々、論理演
算回路として構成された電子制御回路40に入力さ札 
各気筒#1〜#4の吸気分岐管41−1〜41−4に夫
々設けられた燃料噴射弁42−1〜42−4からの燃料
噴射量τを制御するのに用いられる。
即ち電子制御回路40にj  予め設定された制御プロ
グラムに従って燃料噴射量制御のための演算処理を実行
するcpuso、cpuso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憶されたR
OM52.  同じ<cpuso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R A
 M 54.  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56、及びCPU50での演算結果
に応じて各気筒#]〜#4の燃料噴射弁42−1〜42
−4を各々開弁するための出力ポート58等から構成さ
札内燃機関2の各気筒#1〜#4に流入する燃料混合気
の空燃比が予め設定された目標空燃比になるように燃料
噴射弁42−1〜42−4からの燃料噴射量τを制御す
る。
このように構成された電子制御回路40で(よ各気筒#
1〜#4毎に、第3図に示す如き制御則に従って燃料噴
射量制御が実行される。以下この制御則について簡単に
説明し、その後この制御則の設計手順等について説明す
る。尚第3図は各気筒毎の燃料噴射制御計を示す図であ
って、ハード的な構成を示すものではなく、実際には後
述の第6図及び第7図のフローチャートに示したプログ
ラムを実行することにより実現される。
またこの制御則は、内燃機関2のシリンダ2a内に流入
する燃料の挙動を記述した次式(1)及び(2)に示す
燃料挙動モデルに基づき設計されたものである。
−)−(1−R−3)  τ(k)    ・−・(2
)(但し、 fw: 吸気管壁面付着燃料量、fv:吸
気管内蒸発燃料量、τ:燃料噴射量、Vfw:吸気管壁
面からの燃料蒸発量、千〇二 筒内流入燃料量、P、 
 Q、  R,S、  D: 定数)第3図に示すよう
に、まずエアフロメータ8にて検出された吸気流量G 
a LL  正流・逆流識別部B1に入力される。
正流・逆流識別部B 1 [1エアフロメータ8にて検
出された吸気流量Gaが、吸気管4において内燃機関2
側に流れる正方向の吸気流Ji G a・であるか、或
はエアクリーナ6側に流れる逆方向の吸気流量Ga−で
あるかを識別するためのもので、この正流・逆流識別部
B1にて識別された正方向の吸気流量Ga・(よ 内燃
機関2のシリンダ内に流入する空気量(筒内流人空気量
)meを算出する筒内流入空気量算出部B2に入力され
る。
つまり、本実施例ではエアフロメータ8に熱線式のもの
が使用さ札 エアフロメータ8からは、吸気管4を流れ
る吸気流量Gaに応じてその方向とは関係なく検出信号
が出力されるため、正流・逆流識別部B1で(よ エア
フロメータ8で検出された吸気流量Gaが、正方向の吸
気流量Ga”であるか、或は逆方向の吸気流jl G 
a−であるがを識別して、筒内流入空気量算出部82側
で正方向の吸気流量Ga゛を用いて筒内流入空気量mc
を算出できるようにされているのである。
尚、本実施例のように内燃機関2が4気筒4サイクルエ
ンジンの場合、吸気の逆流が発生しない運転領域で(よ
 第4図に点線で示す如く、エアフロメータ8により検
出される吸気流iGaが内燃機関2の180’CA毎に
変化するが、吸気の逆流が発生する運転領域で(志 第
4図に実線で示す如く、エアフロメータ8により検出さ
れる吸気流量Gaが、吸気の正流・逆流の変化に応じて
内燃機関2の90’CA毎に変化する。また吸気の逆流
が発生する運転領域であっても、その逆流量Ga−LL
正方向に流れる吸気流量Ga”に対して必ず小さくなる
。このため正流・逆流識別部B]では、90”CA毎に
エアフロメータ8からの検出信号を読み込み、その値と
前回読み込んだ値とを大小比較することにより、吸気の
正流・逆流を識別するようにされている。
次に筒内流人空気量算出部B 2 LL  正流・逆流
識別部B1にて識別された正方向の吸気流量Ga(Ga
・)と、回転角センサ24からの検出信号により得られ
る内燃機関2の回転速度ωとに基づき、次式(3) %式%(3) (但し、α、β:定数、mc(k−1): 前回の算出
値)を用いて、内燃機関2の180’CA毎に筒内流入
空気量mcを算出するためのもので、その算出結果mc
li  目標燃料量算出部B3に出力される。
すると目標燃料量算出部B3で(上 筒内流入空気量m
cと制御目標となる予め設定された目標燃室比(目標空
燃比の逆数)λ「とを乗することで、内燃機関2のシリ
ンダ内に供給すべき燃料量(目標燃料量)mcrが算出
される。またこの目標燃料量m a r (上 係数f
3乗算部B4に入力さ札 係数f3乗算部B4において
、この目標燃料量marと予め設定された係数f3とが
乗じられる。
次に筒内流入空気量算出部B2にて算出された筒内流人
空気量mCは、吸気圧力算出部BSにも入力される。吸
気圧力算出部B5は、この入力された筒内流入空気im
cに基づき、吸気管4内部の圧力(吸気圧力)PMを算
出するためのもので、その算出結果PMは、水温センサ
28により検出された冷却水温TI−IWと共に、燃料
蒸発速度算出部B6に入力される。
燃料蒸発速度算出部B61L  吸気管圧力PMと冷却
水温T)−IWとから、吸気管壁面からの単位時間当り
の燃料蒸発量(燃料蒸発速度)Vfを算出するためのも
ので、まず冷却水温T目Wから吸気管4内での燃料の飽
和蒸気圧Psを求め、この飽和蒸気圧Psと吸気管圧力
PMとから燃料蒸発速度Vf を算出する。
つまり吸気管壁面からの燃料蒸発速度VfにI。
吸気管4内での燃料の飽和蒸気圧Psと吸気圧力PMと
の関数として求めることができ、また飽和蒸気圧Psは
吸気管壁面への付着燃料温度TQの関数であり、付着燃
料温度Tqは内燃機関2の冷却水温THW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、本実施例において1よ まず冷却水温Tl
−IW(’K)をパラメータとする次式(4)を用いて
飽和蒸気圧Psを求め、 Ps=β1−T目W2−B2・THW+β3  −44
)(但し、βl、β2.β3:定数) その後この算出した飽和蒸気圧Psと吸気管圧力PMと
から燃料蒸発速度Vfを算出するようにされている。
次に燃料蒸発速度算出部B6で算出された燃料蒸発速度
Vf(L  燃料蒸発量算出部B7に入力される。燃料
蒸発量算出部B7(@  燃料蒸発速度Vfを内燃機関
2の回転速度ωで除することにより内燃機関2の1回転
当りに吸気管壁面から蒸発する燃料量Vfwを算出する
ためのもので、その算出結果(燃料蒸発量)Vfwl上
 係数子4巣算部B8に入力さ札 係数f4乗算部B8
において予め設定された係数f4が乗じられる。
また燃料蒸発量算出部B7にて算出された燃料蒸発量V
fwE  状態変数推定部B9にも入力される。状態変
数推定部B911  予め設定された演算式を用いて、
上記入力された燃料蒸発量Vfwと、−時遅延部810
を介して入力される前回算出した燃料噴射量τ(k−1
)と、後述のモデル誤差算出部B14で算出されたモデ
ルパラメータP、  Rの誤差△P、ΔRと、当該状態
変数推定部B9で前回推定した状態変数量? w(k−
1)及び? v(k−1)とから、次回の燃料噴射量τ
(k)を算出するための状態変数量fw及びfvを推定
する。そしてこの推定結果?W及び?■に(よ 係数f
1乗算部Bll及び係数f2乗算部B12にて、夫々係
数千1及びf2が乗じられる。
方正流・逆流識別部B1により識別された吸気管4を正
方向に流れる吸気流i G a”l  及び逆方向に流
れる吸気流量Ga−は、夫々、逆流率算出部B13に入
力される。逆流率算出部813F  各吸気流量Ga’
、Ga−の比率y (= G a−/ G a’、  
以下、逆流率という。)を算出するためのもので、その
算出結果γ(よ モデル誤差算出部B14に入力される
。するとモデル誤差算出部B14ti  逆流率γに基
づき、予め設定された第5図(a)及び(b)に示す如
きマツプを用いて、上記(1)及び(2)式で記述され
た燃料挙動モデルにおけるモデルパラメータP、  R
の誤差△P、△Rを求め、その算出結果△P、△Rを、
上述の状態変数推定部B9に出力すると共に、係数千5
乗算部B15及び係数f6乗算部B16に夫々出力する
次に上記各係数乗算部B15,81611  人力され
た各モデル誤差△P、△Rに対して、夫々、係数f5.
  係数子6を乗するためのもので、その乗算結果f5
・△P、f6・△Rを、夫々、状態変数乗算部B17.
噴射量乗算部818に出力する。
すると状態変数乗算部B17.噴射量乗算部818で(
よ これら各乗算結果f5・△P、f6・ΔRに、状態
変数推定部B9で推定された状態変数?W。
−時遅延部B10を介して入力される前回算出した燃料
噴射量τ(k−1)が夫々乗じられる。そしてこの状態
変数乗算部B17及び噴射量乗算部B18による乗算結
果は、上述の各種係数乗算部B 4゜B8,811,8
12での乗算結果と共に加算部B19〜B23で加算さ
れ これによって燃料噴射量τが決定される。
次に上記制御則の基本となる燃料挙動モデル、及び該燃
料挙動モデルに基づく制御則の設計方法について説明す
る。尚この種の制御則の設計方法としては、例えt′L
 古田勝久著「実システムのデジタル制御」システムと
制弧Vo1.28.  No、12. 1984毛  
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。
まず内燃機関2の各気筒#1〜#4内に流入する燃料量
(筒内流入燃料量)fcl&  各気筒の燃料噴射弁4
2からの燃料噴射量τと、吸気管4(詳しくは各気筒の
吸気分岐管4])壁面への付着燃料量fwと、吸気管4
内部での蒸発燃料量fvとを用いて次式(5)のように
記述することができる。
fc =αl・r+α2・fw+cr3・fv   ・
=(5)即ち上記筒内流人燃料量fcl;i、  燃料
噴射弁42からの噴射燃料の直接流入量α1−τと、そ
の噴射燃料が付着した吸気分岐管41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
吸気分岐管41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(5)
のように記述することができる。
上式(5)において、燃料噴射量τは燃料噴射弁42の
開弁時間によって定まるので、付着燃料量fw及び蒸発
燃料量fvを知ることができれ(ヱ燃料量fcを予測す
ることができる。
そこで次に付着燃料jlf w及び蒸発燃料量fvにつ
いて考える。
まず吸気管壁面への付着燃料量fwl@  吸気行程時
のシリンダ内への流入によって、吸気行程毎にその一部
α2が減少するイ包  吸気管4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42から噴
射される燃料噴射量τの一部α4が付着することによっ
て増加する。また吸気サイクル毎の燃料蒸発量は、単位
時間当りの燃料蒸発量(即ち燃料蒸発速度)Vfと内燃
機関2の回転速度ωとから、α5・Vf/ω(=α5・
V fw、  α5:比例定数)として表すことができ
る。このため吸気管壁面への付着燃料量fwは次式(6
)に示す如く記述できる。
f w(k+I)= (1−α2) ・f w(k)+
 a 4− r (k)−a 5・V fw(k)  
   ・・・(6)一方蒸発燃料量fvl;L  吸気
行程時のシリンダ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(tL  燃料噴射量τの一
部α6が蒸発することによって増加し、更に付着燃料の
蒸発量よって増加する。このため吸気管4内部での蒸発
燃料量fvは次式(7)に示す如く記述できる。
f v(k+1)= (1−423,1f v(k)+
 a 6− r (k)+ a 5・V fw(k) 
    −(7)従って上記(5)〜(7)式において
、(1−α2)をP。
(1−α3)をQ、 α4をR2α6をS、 α5をD
として整理することにより、付着燃料量fwと蒸発燃料
量fvとを状態変数として、内燃機関2の各気筒毎の燃
料挙動を表す前述の(1)及び(2)式を得ることがで
き、各気筒の吸気サイクル(720℃A)をサンプリン
グ周期として離散系で表現された燃料挙動モデルが定ま
る。
このような燃料挙動モデルで(i  Vfwの項によっ
て非線形補償されているため、各モデルパラメータP、
  Q、  R,S、  Dを周知の同定法により定め
れ(ヱ 各気筒毎の燃料挙動を内燃機関2の全運転領域
で正確に記述することができる。しかし内燃機関2の高
負荷運転時等に吸気管4内で吸気の逆流が発生すると、
各気筒#1〜#4の吸気分岐管41内での燃料も内燃機
関2とは反対方向に流れ その燃料挙動を正確に記述で
きなくなる。
そこで本実施例では、こうした吸気の逆流に伴い生ずる
制御誤差を補償するため、前述の(1)及び(2)式で
記述された燃料挙動モデルを次式(8)及び(9)式の
如く変形し、この変形された燃料挙動モデルに基づき制
御則を決定している。
+(1−R−8)  τ(k) △P−f w(k)−△R−r (k)    ・=(
9)即ち、上記(1)及び(2)式で記述された燃料挙
動モデルにおいて、蒸発燃料量fv及び燃料蒸発量Vf
w(上  付着燃料量fw、  燃料噴射量τに比べて
著しく小さく、モデルパラメータQ、  S、  Dに
変動があっても制御精度には殆ど影響しないため、本実
施例でfi  (+)及び(2)式で記述された燃料挙
動モデルに、制御精度に大きな影響を与えるパラメータ
P、  Rの誤差△P、△穴を加えることによって(8
)及び(9)式の燃料挙動モデルを設定し、この燃料挙
動モデルに基づき制御則を決定することで、前述のモデ
ル誤差算出部B16において推定されるモデル誤差△P
、△Rを用いて制御則を補正し、燃料噴射量の制御精度
を補償するようにしている。
尚、モデルパラメータP fi  吸気行程時のシリン
ダ内への流入によって壁面付着燃料がα2だけ減少する
ことを想定して設定されたモデルパラメータ(1−α2
)であるが、吸気の逆流が発生した場合に(上 シリン
ダ内へ燃料が流入し難くなり、壁面付着燃料のシリンダ
内に流入する割合α2は小さくなるため、吸気逆流時に
はモデルパラメータPは通常より大きくなる。従って吸
気の逆流率γから誤差ΔPを算出するために使用される
第5図(a)のマツプ(よ 逆流率γが大きいほど誤差
△Pが大きくなるように設定される。
また モデルパラメータRfi  噴射燃料の内の吸気
管壁面に付着する割合α4を表すものであるが、吸気の
逆流が発生した場合に(よ シリンダ内に直接流入した
噴射燃料がシリンダ側から吹き戻さ札 それが壁面付着
燃料となるため、吸気逆流時にはこのモデルパラメータ
Rも増加する。このため吸気の逆流率γから誤差△Rを
算出するため二使用される第5図(b)のマツプも、逆
流率γが大きいほど誤差△Rが大きくなるように設定さ
れる。
次に上記(8)及び(9)式で記述された燃料挙動モデ
ルに基づく本実施例の制御則の設計手順について説明す
る。
上記燃料挙動モデルは非線形であるので、線形制御理論
を適用するために、燃料挙動モデルを線形近似する。上
記(8)及び(9)式において、x(k)= [f w
(k)  f v(k)] ”      −(10)
3’ (k)= f c(k)  (1−R−3) r
 (k)十△P−f w(k)+△R−r (k)  
−(14)u(k)=τ(k)           
     ・・・(15)c=  [1−P  1−Q
]          ・・・(16)とおくと、上記
(8)及び(9)式は X(k+1)=A−X(k)+l3−11(k)+W(
k)  −(17)y(k)= C−x (k)   
         ・・・(18)で表すことができる
ここで、y(k) =y r (目標値)で定常となる
とき、u (k)= u r、x (k) = x r
とすると、上式(17)及び(18)は次式(19)、
(20)に示す如くなる。
x r =A −x r +B −u r +w(k)
    −(19)y r =C°x r      
       ・・・(20)上式(17)〜(20)
より、 x(k+1)−x r =A (x(k)−x r )
+B (u(k)−u r)  −(21)y(k)−
y r =C(x(k) −x 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)  y r           −−−
(25)とおくと(21)、(22)式は次式(26)
、 (27)の如くなる。
X (k+1)= A X (k)+ B U (k)
      ・・・(26)Y (k)=CX (k)
            ・・・(27)この(26)
及び(27)において、X(k)−0とすれ(LY (
k)= Oとなり、u(k)urであれIf、  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、離散型リカツチ方程式を
解くことで、最適制御は次式(28)の如く求まる。
U (k)二F X (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。
u (k)=F −x (k)−F −x r 十u 
r    −(29)従って、上記(I9)及び(20
)式において、がXr、urについて解ければ上式(2
9)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(10)〜(1
6)式より、次式(31)の如くなり、 xr、1lr(即ちfwr、  fvr、  rr)が
夫々次式(32)〜(34)の如く求まる。
fwr=β11−V fw(k)+β12(f cr(
k)−(1−R−8)−r(k)l+β13(ΔP−f
w(k)+ΔR−r (k)l・(32)fvr=β2
1・V fw(k)十β22(f cr(k)−(1−
R−8)−r(k))+β23(ΔP−f w(k)+
△R・r (k)l・−(33)τ「二β3LV fw
(k)+β32(f cr(k)−(1−R−8)r(
k))+β33(△P−f w(k)+△R−r Ck
’))−(34)(但し、β11〜β33は定数) 従ってこれら各式(32)、(33)、(34)を上記
(29)式に代入することによって、制御人力u(k)
、  即ち燃料噴射量r (k)を求めるための演算式
が次式(35)の如く導出さ札 本実施例の制御則が決
定される。
r (k+1)= f l−f w(k)十f 2・f
 v(k)+ f 3− f cr(k)+ f 4−
V fw(k)十f5−△P −f w(k)+ f 
6・△R−r (k)  −(35)尚、この(35)
式は 第3図において燃料噴射量rを算出するための各
組 即ち各種乗算部B 4゜88、B 1 +、812
,815〜818.及び加算部819〜823を記述し
ている。またこの(35)式における状態変数 即ち付
着燃料量fw及び蒸発燃料量fvLL  第3図の状態
変数推定部B9において算出されるが、状態変数推定部
B9[よ 前述の状態方程式(8)をそのまま用いて状
態変数fw及びfvを算出するようにされている。
次に上記筒内流入空気量B2にて筒内流入空気量mcを
算出するのに用いられる前述の(3)式(よ吸気の逆流
はないものとしで、以下のように設定されている。
まず吸気管4内部での空気量の変化(凰 吸気の質量保
存則により次式(36)の如く記述できる。
V/C”dPM/dt=Ga−Mc   −=(36)
(但し、V:吸気管の容積、C:空気中の音速PM:吸
気圧九 Ga: 吸気流量、Mc:気筒内に流入する吸
気の流量) 上記(36)式から、吸気圧力PMの時間変化は次式(
37)の如く記述でき、 dPM/dt=(Ga−Mcl−C2/V  −(37
)この(37)式を離散化すると、次式り38)が得ら
れる。
P M (k+1) −P M (k)= (G a−
M c l・△t−C2/V     =・(38)ま
た4気筒内燃機関で(九 吸気管圧力PMは各気筒の吸
気行程毎に変化するため、上記(38)式のサンプリン
グ周期としては内燃機関2の吸気サイクル(180’C
A)と対応させればよく、その時間は回転速度ωを用い
て30/ωと記述できるので、上記(38)式(志 P M (k+1) −P M (k)=(Ga・30
/ω−MC・30/ω)・C2/v=(Ga−30/ω
−mc(k))・C2/V  −(39)と記述できる
。 (但し、mC:吸気量)一方内燃機関の体積効率η
を次式(40)の如く仮定、すると、 η=A −PM+B             ・・・
(40)(但し、A、B:定数) 吸気量mcは、次式(41)の如く記述できる。
mc =r)・v=A・v・PM+B−υ   ・=(
41)(但し、υ:気筒容積) 従って上記(41)式から、上記(39)式に於ける吸
気圧力P M (k)、  P M (k+1)は夫々
次式(42)、  (43)の如く記述できるようにな
り、 P M (k)= (me(k) −B −v l/ 
A ・v    −(42)P M (k+1) = 
(mc(k+1) −B −v l/ A ・v  ・
−(43)これら各式を(39)式に代入すると次式(
44)が得られる。
mc  (k+1)= A ・v ・3 0・G a 
−C2/ω・v+mc  (kl(1−A ・v ・C
2/ V )−(44)この(44)式は吸気量mCの
挙動を表わしており、(/1v−30・C2/V) を
定数αトシ、 (1−A・υ・C2/ V )  を定
数βとすると、上記(44)式は前述の(3)式の如く
記述できる。従って各定数α及びβを周知の同定法によ
って決定すれ(ヱ 吸気サイクル(180℃A)をサン
プリング周期として吸気量meを求めるための前述の演
算式(3)が設定できる。
尚、筒内流入空気量算出部B2で算出された筒内流入空
気量mcから吸気圧力PMを算出する吸気圧力算出部B
5で(よ 上記(42)又は(43)式におけるA・υ
及びB・υの値を、夫々、定数AI及びBlとして周知
の同定法により決定することにより得られる次式(45
) %式%(45) を用いて、吸気圧力PMが算出される。
次に上記の如く設計された制御則に従って電子制御回路
40で実行される燃料噴射量算出処理を、第6図に示す
フローチャートに沿って説明する。
尚この処理(よ 回転角センサ24及び気筒判別センサ
26から出力される検出信号に基づ龜 内燃機関2が1
80’CA回転する度に実行される。
図に示す如く燃料噴射量算出処理で(よ まずステップ
100を実行して、カウンタCをインクリメントし、続
くステップ110に移行して、カウンタCの値が4以上
となったか否かを判断する。
そしてC≧4であれ(ヱ 次ステツプ120に移行して
カウンタCの値をOにセットした後、ステップ130に
移行し、C<4であればそのままステップ130に移行
する。
尚このカウンタCm  次ステツプ130で内燃機関2
が180’CA回転する度に変化する吸気行程の気筒を
識別するために用いられるもので、気筒判別センサ26
から特定気筒が吸気行程に入ったときに出力される識別
信号1こより初期化される。
ステップ130で(よ 次に吸気行程となる気筒の番号
#Xを、上記カウンタCの値に基づき法衣に示す如く設
定する。尚、以下の説明においてこの設定された特定気
筒#Xに対して算出される諸量に〔よ 添え字#Xを付
して表す。
表 そして続くステップ140で(上 後述の筒内流人空気
量算出処理にて算出された最新の筒内流人空気量mc(
k)に基づき、前述の(45)式を用いて現時点の吸気
圧力P M (k)を算出する吸気圧力算出部B5とし
ての処理を実行し、ステップ150に移行する。
ステップ150で(上 上記求めた吸気圧力PM(k)
と回転角センサ24からの検出信号に基づき得られる現
時点の内燃機関2の回転速度ω(k)とに基づき、内燃
機関2の負荷状態に応じた目標燃空比λrを算出する。
尚このステップ150では、通常、空気過剰率が1 (
即ち理論空燃比)となるように目標燃室比λrが設定さ
札 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に目標燃室比λrが
リッチ側に設定さね 内燃機関2の軽負荷運転時等に1
よ 燃料を通常より減量して燃費を向上するため二目標
燃空比λ「がリーン側に設定される。
ステップ150にて目標燃室比λr(k)が設定される
と、今度はステップ160に移行し、この目標燃室比λ
r(k)と、後述の筒内流人空気量算出処理にて算出さ
れた最新の筒内流入空気量mc(k)とを乗算して、#
×気筒内に供給すべき目標燃料量mcr(k)(=λ「
・mal を算出する、目標燃料量算出部B3としての
処理を実行する。
また続くステップ170で(よ 水温センサ28により
検出された現時点の冷却水温THW(k)と、ステップ
140で求めた吸気管圧力P M (k)とに基づき、
壁面付着燃料の蒸発速度Vfを求め、その値を内燃機関
2の回転速度ω(k)で除算することにより、#×気筒
の吸気分岐管壁面から内燃機関2が720’CA回転す
る間に蒸発する燃料量(即ち燃料蒸発量) V fw(
k)を算出する、燃料蒸発速度算出部B6及び燃料蒸発
量算出部B7としての処理を実行し、ステップ180に
移行する。
ステップ180で(上 上記ステップ160及びステッ
プ170にて求めた目標燃料量mcr(k)及び燃料蒸
発量v fw(k)と、#×気筒(二対して前回(72
0’CA前)燃料噴射を行った燃料噴射量τ#Xと、前
回この燃料噴射量τ#Xを算出した際に後述のステップ
200にて求めた#×気筒における付着燃料量f w#
X及び蒸発燃料量f v#Xと、後述の筒内流入空気量
算出処理で算出された最新のモデルパラメータP、  
Rの誤差△P、△Rとに基づき、前述の(35)式を用
いて、#×気筒に対する燃料噴射量τ#Xを算出する。
そして続くステップ190で(よ この算出された燃料
噴射量τ#Xを、#×気筒の燃料噴射弁42表駆動する
図示しないタイマにセットする。尚このタイマセットに
より、所定の同期噴射タイミングで#×気筒の燃料噴射
弁42が開弁さね 燃料噴射量τ#Xに応じた燃料が#
X気筒に対して噴射供給される。
このように#X気筒に対する燃料噴射量τ#Xの算出及
び燃料噴射のためのタイマセットが実行されると、次に
ステップ200に移行し、ステップ170で求めた燃料
蒸発量V fw(k)と、ステップ180で求めた#X
気筒に対する燃料噴射量τ#Xと、前回このステップ2
00にて求めた#X気筒における付着燃料量? w#X
及び蒸発燃料量? v#Xと、後述の筒内流人空気量算
出処理で算出された最新のモデルパラメータP、  R
の誤差△P、△Rとに基づき、前述の(8)式を用いて
、#×気筒における付着燃料量? W#X及び蒸発燃料
量? v#Xを算出する、状態変数推定部Bつとしての
処理を実行し、処理を一旦終了する。
次に上記燃料噴射量算出処理を実行するのに使用される
筒内流人空気量mC及び燃料挙動モデルの誤差を表す△
P、△Rを算出する、筒内流人空気量算出処理1こつい
て、第7図に示すフローチャートに沿って説明する。尚
この処理(上 回転角センサ24及び気筒判別センサ2
6から出力される検出信号に基づき、内燃機関2が90
℃八回転する度に実行される。
図に示す如く筒内流人空気量算出処理で(よ まずステ
ップ210にて、エアフロメータ8からの検出信号に基
づき現時点の吸気流量G a (k)を検出し、続くス
テップ220に移行して、この検出した吸気流11Ga
(k)が前回ステップ210で検出した吸気流量G a
 (k−1)より大きいか否かを判断する正流・逆流識
別部B1としての処理を実行する。
そして今回検出した吸気流1tGa(k)が前回検出し
た吸気流量Ga(k−1)より大きい場合に(よステッ
プ210で検出した吸気流量G a (k) It。
吸気管4を内燃機関2側に正方向に流れる吸気流Ji 
G a″であると判断して、ステップ230に移行し、
この吸気流量G a (k)と、現時点の内燃機関2の
回転速度ω(k)と、前回求めた筒内流入空気量mc(
k−1)とから、前述の(3)式を用いて筒内流入空気
量me(k)を算出する、筒内流人空気量算出部B3と
しての処理を実行する。
次に続くステップ240で(よ スロットル開度センサ
12により検出されたスロットル開度θT)(が所定開
度θTHOより大きく、現在吸気管4において吸気の逆
流が発生し得る状態か否かを判断する。そしてスロット
ル開度θTHが所定開度θTHOを越えていれ(ヱ ス
テップ250に移行して、ステップ210で求めた吸気
流1Ga(k)と前回求めた吸気流il G a (k
−1)とに基づき、次式(46)%式%(48) を用いて吸気管4における吸気の逆流率γを算出する、
逆流率算出部B13としての処理を実行し、ステップ2
60に移行する。
ステップ260で(上 この算出した逆流率γに基づき
、予め設定された第5図(a)及び(b)に示すマツプ
を用いて、モデルパラメータP、  Rの誤差△P、△
Rを算出するモデル誤差算出部B14としての処理を実
行し、処理を一旦終了する。尚第5図(a)及び(b)
のマツプ(よ 吸気の逆流率γ二基づき、モデルパラメ
ータP、  Rの誤差△P及びΔRを夫々求めるための
マツプであるが、これは予め実験等により設定されてい
る。
次にステップ220にて、ステップ2]○で今回検出し
た吸気流量G a (k)が前回検出した吸気流量G 
a (k−1)以下であると判断された場合に]よ今回
検出した吸気流量G a (k) E  吸気管4を逆
方向に流れる吸気流量Ga−であるとして、ステップ2
70に移行し、上記ステップ240と同様にスロットル
開度センサ12により検出されたスロットル開度θT)
(が所定開度θT)(Oより大きく、現在吸気管4にお
いて吸気の逆流が発生し得る状態か否か琶判断する。そ
してスロットル開度θTHが所定開度θTHOを越えて
いれ(ヱ ステップ280に移行して、今回求めた吸気
流1Ga(k)と前回求めた吸気流il G a (k
−1)とに基づき、次式(47)%式%(47) を用いて吸気の逆流率γを算出する、逆流率算出部B1
3としての処理を実行し、上記ステップ260に移行す
る。
また次にステップ240或はステップ270にてスロッ
トル開度θT)Iが所定開度θTHO以下であると判断
されるた場合に(上 吸気の逆流は発生せず、燃料挙動
モデルに誤差は生じないので、ステップ290に移行し
て、モデルパラメータP、  Rの誤差△P、△Rとし
て値Oをセットした後、処理を一旦終了する。
以上説明したように本実施例の燃料噴射量制御装置で(
上 熱線式のエアフロメータ8を用いて吸気管4を流れ
る吸気流量Gaを双方向に検出すると共に その検出結
果に基づき、吸気管4を逆方向1こ流れる吸気流量Ga
−の正方向に流れる吸気流ji G a・に対する比率
(逆流率)γを算出し、その算出結果を用いて、制御則
を設計するに当たって用いた燃料挙動モデルの誤差△P
、△Rを算出して、燃料噴射量算出系にフィードバック
するようニされている。このため本実施例の装置によれ
(戴内燃機関2の過渡運転時等に吸気の逆流が発生して
、燃料挙動モデルが実際の燃料挙動と対応しなくなった
としても、これによる制御誤差を良好に補正することが
可能となり、空燃比の制御精度を向上できる。
[発明の効果] 以上説明したよう(:、本発明の内燃機関の燃料噴射量
制御装置で(瓜 吸気管おいて正方向に流れる吸気流量
と逆方向に流れる吸気流量との比率に基づき、燃料挙動
モデルの誤差を推定し、その推定結果に基づき制御則を
補正するようにされている。このため吸気管内で吸気の
逆流が発生して、制御則の設計に用いた燃料挙動モデル
と実際の燃料挙動とが対応しなくなった場合にも、これ
1こよる制御誤差を補償して、空燃比の制御精度を確保
できる。
【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は 第2図は実施
例の内燃機関2及びその周辺装置を表す概略構成は 第
3図は電子制御回路40による燃料噴射量制御のための
制御則を表わすブロックは第4図はエアフロメータ8に
より検出される吸気流量Gaを表す線は 第5図(a)
及び(b)は吸気′の逆流率γに基づき燃料挙動モデル
の誤差△P及び△Rを夫々算出するためのマツプを表す
線は第6図は電子制御回路40で実行される燃料噴射量
算出処理を表すフローチャート、第7図は同じく電子制
御回路40で実行される筒内流入空気量算出処理を表す
フローチャート、である。 1・・・運転状態検出手段 2・・・燃料噴射量算出手段 3・・・燃料噴射実行手段 4・・・流量センサ 5・・・吸気逆流率算出手段 6・・・モデル誤差推定手段 7・・・補正手段    E/G、2・・・内燃ta関
・・エアフロメータ(熱線式) 2・・・スロットル開度センサ 4・・回転角センサ  26・・・気筒判別センサ8・
・・水温センサ   40・・・電子制御回路2・・・
燃料噴射弁

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、 該運転状態検出手段の検出結果に基づき、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燃料挙動モデ
    ルに基づき予め設定された制御則に従って、内燃機関へ
    の燃料噴射量を算出する燃料噴射量算出手段と、 該燃料噴射量算出手段の算出結果に応じて内燃機関に燃
    料を噴射供給する燃料噴射実行手段と、を備えた内燃機
    関の燃料噴射量制御装置において、上記運転状態検出手
    段の一つとして、内燃機関の吸気管を流れる吸気の流量
    を双方向に検出する流量センサを設けると共に、 該流量センサからの検出信号に基づき、上記吸気管にお
    いて吸気導入口から内燃機関側に流れる吸気流量と、上
    記吸気管において内燃機関から吸気導入口側に流れる吸
    気流量との比率を算出する吸気逆流率算出手段と、 該吸気逆流率算出手段の算出結果に基づき、上記燃料挙
    動モデルの誤差を推定するモデル誤差推定手段と、 該モデル誤差推定手段にて推定された燃料挙動モデルの
    誤差に基づき、上記燃料噴射量算出手段の制御則を補正
    する補正手段と、 を設けたことを特徴とする内燃機関の燃料噴射量制御装
    置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8000875B2 (en) 2002-01-22 2011-08-16 Robert Bosch Gmbh Method and device as well as computer program for controlling an internal combustion engine

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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