JPH04269349A - 内燃機関の電子燃料供給量制御装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の電子燃料供
給量制御装置、更に詳細には、負荷、回転数及び温度を
検出するセンサと、基本噴射量信号並びに加速及び減速
時の燃料供給量を適合させる過渡補償信号を定める手段
とを有する内燃機関の電子燃料供給量制御装置に関する
。

【０００２】

【従来の技術】管壁燃膜モデルを用いて作動するこのよ
うな装置が未公開のドイツ特願３９３９５４８．０に記
載されている。その場合、基本噴射信号の他に運転パラ
メータに関係する管壁燃膜（管壁に付着する燃料膜）量
を表す信号が形成され、さらに内燃機関の過渡運転時管
壁燃膜量の時間的な減衰を定める減量係数信号が形成さ
れる。

【０００３】すでに公知になっている制御装置において
は、特に長期間運転においては満足できる結果を提供で
きないことがわかっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従って本発明の課題は
、内燃機関ないし個々の要素の特性における長期間にわ
たる変化を考慮することのできる新しい内燃機関の電子
燃料供給量制御装置を提供することである。

【０００５】なお、従来技術では加速の過渡状態をより
正確かつ効果的に制御することのできる多数の加速濃化
装置が知られている。例えばＤＥ−ＯＳ３０４２２４６
ないしそれに対応するＵＳ−ＰＳ４４４０１３６及びＤ
Ｅ−ＯＳ３６２３９４３を例示することができる。上述
の管壁燃膜モデルの基本的な考え方は、ＳＡＥ−Ｐａｐ
ｅｒ　　８１０４９４に（シー　　エフ　　アキーノ（
Ｃ．Ｆ．Ａｑｕｉｎｏ）の「５リットル集中燃料噴射エ
ンジンの過渡時の空燃比制御特性（Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ
　Ａ／Ｆ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔ
ｉｃｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｉｖｅ　ｌｉｔｅｒ　ｃｅｎ
ｔｒａｌ　ｆｕｅｌ　ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ　ｅｎｇｉｎ
ｅ）」に記載されている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述の課題は、本発明に
よれば、負荷、回転数及び温度を検出するセンサと、基
本噴射量信号並びに加速及び減速時の燃料供給量を適合
させる過渡補償信号を定める手段とを有する内燃機関の
電子燃料供給量制御装置において、管壁燃膜量と減量係
数値を格納する手段が設けられ、これら２つの値は運転
パラメータに従って読み出すことができ、過渡補償をす
るために、管壁燃膜の変化量信号と減量係数信号に従っ
て過渡補償信号が形成され、管壁燃膜量信号及び／ある
いは減量係数信号がλセンサの信号に基づいて補正され
ないし学習される構成によって解決される。

【０００７】

【作用】このような構成を有する本発明の制御装置によ
れば、内燃機関の長時間の変化を考慮することができる
ので、比較的長い時間にわたって過渡運転状態を確実に
制御することができ、従って自動車の寿命全体にわたっ
て厳しい排ガス規制を正確に遵守することができる。

【０００８】

【実施例】本発明の実施例を図面に示し、以下で詳細に
説明する。

【０００９】図１には本発明の制御装置の基本的な構成
が概略図示されている。符号１０で示すものは制御ブロ
ックであって、制御ブロック１０の入力１１には運転者
の意図（アクセルペダル角）αを示す信号が供給される
。制御ブロック１０の出力側は２つの導線１２と１３を
介して内燃機関１４と接続されており、操作量として空
気流量と燃料量が供給される。内燃機関１４の出力側に
は回転数ｎ、λ（空気比）、温度θなどの測定信号で表
される状態量１５が出力され、これらはブロック１０の
入力量としても使用される。

【００１０】符号１７で示すものは管壁燃膜量を格納し
たマップ（Ｗマップ）であり、１８は減量係数を格納し
たマップ（Ｔマップ）である。これらのマップにも入力
量として内燃機関１４の状態量に関する信号が入力され
、これらのマップによって過渡補償ブロック１９の出力
信号が決められる。過渡補償ブロック１９の出力は符号
２０で示されており、制御ブロック１０によって求めら
れた内燃機関１４に供 給される燃料量信号が入力される加算点２１と接続され
ている。２つのマップ１７と１８はさらに学習処理ブロ
ック２３と接続され、この学習処理ブロックには入力信
号として内燃機関の個々の状態量が印加される。

【００１１】なお、図１で選択されたブロック図は、分
かり易くすることを考えて選択されたものである。もち
ろんこのシステムはコンピュータ制御で実現されるもの
であって、必ずしも厳密にブロック分けする必要はない
。

【００１２】次に図１に示す制御装置の機能を説明する
。

【００１３】運転者の意図に従って入力１１を介して制
御ブロック１０により、それぞれ内燃機関の個々の信号
に従って内燃機関へ供給される空気流量および燃料量の
操作信号が求められる。過渡補償ブロック１９を用いて
燃料制御することによって過渡運転（加速及び減速）時
の燃料が調節される。そのために管壁燃膜マップ１７と
減量係数マップ１８から運転パラメータに応じたデータ
が読みだされ、それに基づいて連続的に過渡補償信号Ｕ
Ｋが求められ、燃料量を調節する。学習処理ブロック２
３は、管壁燃膜と減量係数のマップに格納されているデ
ータを補正しないしは新たに求めることによって、過渡
補償を用い内燃機関の長期に渡る変化を補償する働きを
する。

【００１４】内燃機関の過渡運転時に克服しなければな
らない問題を説明するために、図２を用いる。図２の（
Ａ）には、負荷信号が空気流量と回転数の商として時間
に対して示されている。時点Ｔａにおいて発生した負荷
信号ｔＬの変化は時点Ｔｂで終端値に達する。図から明
らかなように、時点Ｔｃになった時に終端値に達する。 というのは時点Ｔｃの値は時点Ｔｂの値と等しく、この
値が以下においては定常であると見なすことができるか
らである。過渡運転は時点Ｔｄで終了し、この時点にお
いて求められた増量は完了したと見なすことができる。 さらにλ値は定常的な値に達している。

【００１５】図２の（Ｂ）には燃料量の計算された増量
ＵＫの値が示され、（Ｃ）には線形化されたλセンサ信
号が示されている。（Ｃ）にはさらに動作時間ないし不
感時間ＴＴが記載されている。この時間は、排気管のセ
ンサが遅れて応答し内燃機関の空気比（λ）を変化させ
る遅延時間を表している。

【００１６】図３は、過渡運転の際の（管壁燃膜モデル
を用いたときの）状況を理想的な形で示すものであって
、管壁燃膜モデルを用いて説明され、かつそれによって
もたらされる過渡補償特性を示している。

【００１７】さらに、図３の（Ａ）には理想的な絞り弁
角度変化、特に角度α０から時点ｔＫで角度α１になる
変化が時間に関して図示されている。この例においては
回転数は一定であると仮定されている。従って図３の（
Ｂ）に示す管壁燃膜量マップ（図１のブロック１７に相
当）のアドレスが変化し、具体的には回転数ｎ０が同一
で最初の絞り弁角度α０から絞り弁角度α１へ変化する
。

【００１８】図３の（Ｃ）には、（Ａ）に示す絞り弁位
置の変化前後の時間での本来定常的な管壁燃膜量が示さ
れている。初期の管壁燃膜量Ｗ（α０、ｎ０）から絞り
弁の開放後に定常的な管壁燃膜量Ｗ（α１、ｎ０）が得
られる。絞り弁変化の開始と終了後の管壁燃膜量の差は
次のようになる。

【００１９】 ΔＷ＝Ｗ（α１、ｎ０）−Ｗ（α０、ｎ０）この管壁燃
膜量の差ΔＷが、過渡運転の終了までに補充して供給さ
れなければならない。これは複数の回転にわたって分配
して行われる。図３の（Ｄ）はこの全体量ΔＷを複数の
連続する噴射工程に分配することを示すものであって、
図から明らかなように、連続して補充噴射される燃料量
は時間とともに減少する。これが図３の（Ｅ）に再度線
図で示されている。ここではすでに図３の（Ｄ）で示し
た噴射サイクル毎の増量が過渡補償値として示されてい
る。

【００２０】なお、計算を簡略化するために管壁燃膜量
Ｗはミリ秒で示され、すなわち噴射弁の特性曲線に関し
て示されている。減量係数Ｔは、管壁燃膜の形成ないし
解消が指数関数的である場合セグメント（２つの噴射間
の時間）の間に噴射すべき相対量に対応している。すな
わち、

【００２１】

【数５】

【００２２】となる。

【００２３】以上のように処理される過渡補償に対する
制御値に基づいて学習処理が行なわれ、それにより管壁
燃膜量Ｗ及び／あるいは減量係数Ｔのマップ値が自動的
に適合（学習）される。従って学習処理を用いると応用
が簡単になり自動化される。さらに、走行運転において
自動車の寿命全体にわたって変化するパラメータへの適
合を行うことができる。この学習工程の処理が図４に示
されている。

【００２４】図４の（Ａ）は絞り弁位置の急激な上昇を
示し、（Ｂ）は過渡補償が行なわれないかあるいはごく
僅かである場合のλ値の変化を示す。（Ｃ）は逆算され
た吸気管のλ値を示す。図４（Ｄ）には吸気管に逆算さ
れたλ値から必要な補正量がどのように決められるかが
示されている。この補正量は所定のマップへ格納され、
エンジンの不感時間があるので次の過渡の時から有効に
なる。

【００２５】過渡補償は連続的に作用する。Ｗ及びＴマ
ップの学習は、所定の時点でしか行われない。そのため
に負荷の値（例えば絞り弁の位置）が監視され処理され
る。学習処理は所定のしきい値を越えた場合に作動され
る。さらにその前に運転特性は定常的でなければならな
い。

【００２６】学習処理が起動されたあと学習処理にとっ
て重要なデータ、特に図４（Ｂ）のλ値が記憶される。

【００２７】この測定されたλ値は動的に補償される。 つまりモデルを介してセンサのλ値から吸気管のλ値が
逆算される。これは、それぞれの内燃機関のタイプ、セ
ンサタイプおよびセンサ取り付け場所に関して特徴付ら
れた次式に従って行われる。

【００２８】 　　λｋ（吸気）＝ｆ（λｋ＋ｋｔ（センサ）、λｋ＋
ｋｔ＋１（センサ））（これについては図４（Ｃ）を参
照） 過渡時のλ値からＷとＴマップの新しい値が決定される
。その場合にまず過渡全体の個々のλ偏差の合計からλ
＝１に補償するのに必要な燃料増量値ΔＷが、図４（Ｄ
）の斜線で示す領域に対応して次式に従って計算される
。

【００２９】Ｗ＝Σ（（λｋ−１）・ｔＬｋ・ＦＲｋ）
＝Σ（（λｋ−１）・ｔｅｋ） その後λ偏差の開始値から係数Ｔが計算される。この係
数値によってそれぞれ残っている全体量から、作業サイ
クル毎に噴射すべき割合が決定される。従ってこの係数
は過渡補償の終了時間ないし減衰時間（図４（Ｅ）を参
照）を決定する。

【００３０】図４に示す工程は、図５に示すフローチャ
ートに従ってコンピュータ制御で実施される。

【００３１】図５に示すフローチャートは、自己適応な
いし学習する過渡補償を示すもので、開始ステップ３０
で開始される。次に負荷の変動が所定のしきい値を越え
、同時に負荷の変化の前の開始点が定常的であるかどう
かが判断される。負荷の変化の尺度としては特にある絞
り弁勾配で負荷が所定のしきいを越えたことが用いられ
る。この条件は、絞り弁勾配の大きさが例えば回転数及
び負荷に関係するしきい値より大きく、かつ全ての個々
の勾配が同一方向を有する場合に満たされたと考えられ
る。開始点が定常的であるかどうかを決定するために、
例えば前の何秒かの絞り弁位置の差が設定可能な最大値
を越えなかったかどうかが検出される。

【００３２】定常的な開始点が存在し、負荷に所定の変
化が発生した場合には、適応工程３２が開始される。ス
テップ３２においてλセンサの信号ＵλＫが線形化され
、次に個々の値が格納される。測定値の検出と個々の測
定値をバッファメモリに格納することは所定の時間間隔
で（噴射毎に１回）次に示すテーブルに従って行われる
。

【００３３】

【表１】

【００３４】従って、過渡運転の開始時点（ＵＫ＿Ｓ）
から終了時点（ＵＫ＿Ｅ）までの個々のデータセットが
格納される。その場合、絞り弁位置が定常的になり、さ
らに過渡補正値がゼロに戻った場合に過渡は終了したと
見なされる（これについては図２の（Ａ）と（Ｂ）も参
照）。次のすべての計算はＵＫ＿ＳからＵＫ＿Ｅまでの
このメモリ領域にのみ関するものである。

【００３５】図５に示すフローチャートにおいては、格
納はステップ３４で行われ、過渡補正値がゼロに戻った
場合に終了する（ステップ３５）。

【００３６】次にステップ３７においてさらに適応が開
始されたかどうかがチェックされる。過渡の終了後は、
内燃機関は定常運転となり、図２（Ｂ）に示す増量ＵＫ
がゼロになる。次のステップ３８においてλ（センサ）
からλ（吸気）の逆算が行われる。吸気管のλ（吸気）
値とセンサのλ（センサ）値の時間的な関係については
きわめて簡単なモデルが使用される。その場合、噴射点
からセンサまでの混合気の移動時間及びセンサの不感素
子の遅延時間が考慮される。混合気の混合とセンサの遅
延時間は、制御技術により公知の一次の遅延素子によっ
て置き換えることができる。

【００３７】吸気弁における空気比λを求めるために、
センサで測定されたλ値からモデルを介して逆算するこ
とが必要である。サンプリング式の形で簡単にモデルを
記述するために、遅延素子（Ｋｔ）と一次の遅延素子（
Ｋｖ）の時定数については、２回の噴射間の時間（Δｔ
）を整数倍することによって近似される。センサ遅延時
間Ｋｖ、混合気移動の遅れ時間Ｋｔは、一般に回転数と
負荷に関係する（例えばマップ）。

【００３８】

【数６】

【００３９】として、 　λｋ−ｋｔ−１（吸気）　＝　｛１／（１−β）｝｛
λｋ（センサ）　−　β・λｋ−１（センサ）｝の補償
式が得られる。

【００４０】従って吸気管のλ値（吸気）は、（ｋｔ＋
１）ステップ後になってから始めて計算することができ
る。計算後補正されたλ値がバッファメモリの該当する
アドレスに格納される。

【００４１】次のステップ３９においては、管壁燃膜量
差ΔＷが求められる。空燃比λと該当する燃料量から、
過渡のそれぞれの時点について不足量を計算することが
できる。その場合、管壁燃膜量差は過渡全体にわたる不
足量の加算により求めることができる。これは

【００４
２】

【数７】

【００４３】の式に従って行われる。なお、ＦＲはすべ
ての乗算噴射補正係数の積である（特にλ制御係数）。

【００４４】減量係数ないし減衰係数Ｔは次のステップ
４０で計算される。この減量係数は多数の中間ステップ
を介して初めて求められる。まず管壁燃膜に流入する成
分ｆを求める。この堆積成分ｆを用いてつぎに過渡補償
値ＵＫの最適な初期値が計算される。それから加算され
た管壁燃膜量差ΔＷを用いて、減量係数Ｔの正しい値が
形成される。そのための基本的な式は次のようになる。

【００４５】

【数８】

【００４６】最適なＵＫ値ＵＫｎｅｕは、変化直後のλ
が変化前のλと一致した場合に得られる。その場合には
λ１／λａ＝１が成立し、前述の式は次の式に書き換え
ることができる。

【００４７】

【数９】

【００４８】目標値と過渡全体にわたるλ偏差の積分に
基づいて決定される管壁燃膜量差ΔＷから減量係数Ｔを
次のように求めることができる。

【００４９】

【数１０】

【００５０】なお、式において ｆ　　　　　　＝堆積係数＝管壁燃膜に流入する燃料噴
射量の割合 ｔｅ　　　　＝実効噴射時間（ｔＬは、λ制御係数ＦＲ
と過渡補償値を含む） ｔｅＡ　　＝過渡開始時の実効噴射時間ｔｅＥ　　＝過
渡終了時の実効噴射時間ＵＫ　　　　＝過渡補償信号 λ１　　　　＝過渡開始前のλ値 λａ　　　　＝最大λ値（図４（Ｃ））である。

【００５１】図５に示すフローチャートによれば、図１
の管壁燃膜マップ１７にΔＷが格納され、減量係数マッ
プ１８にＴが格納される。図１の２つのマップ１７と１
８に次に格納する場合には公知のように、所定のサンプ
リング点においてのみ値を格納し、中間値はそれぞれ適
当に補正するようにしなければならない。過渡終了後ま
ず（αａ、ｎａ）と（αｅ、ｎｅ）に近いサンプリング
点ＷａとＷｅを求める。しかし計算された偏差ΔＷはＷ
ａとＷｅにだけ格納するのではなく、割合に従って通過
するすべてのサンプリング点に格納される。図６に示す
例においては、さらにサンプリング点Ｗ１からＷ４が設
けられている。

【００５２】関与するサンプリング点Ｗｉの補正値ΔＷ
ｉの計算は、図６に示すように補間ないし補外によって
行われる。サンプリング点Ｗａは常に不変であり（ΔＷ
０＝０）、他のサンプリング点Ｗｉについては次式が成
立する。

【００５３】 Ｗｉ＝Ｗａ＋ΔＷｉ（ｉ＝１…サンプリング点の数）誤
った開始値Ｗａによって正しいサンプリング点を変化さ
せないようにするために、フラグマップを用いてサンプ
リング点のチェックを行うことができる。それぞれ学習
工程の際に補正されたサンプリング点のフラグがインク
リメントされる。次はフラグ値が小さくなる方向へ学習
が行われる。というのはそこではこれまで学習が余り行
われておらず、そこでの適応は余りよくないと思われる
からである。

【００５４】計算された減量係数Ｔはサンプリング点Ｔ
ｅだけに格納される。というのは過渡の時間的経過は主
として新しい定常値の時定数によって決まるからである
。

【００５５】さらに、個々の場合については必ずしも管
壁燃膜マップ１７と減量係数マップ１８の２つの値につ
いて学習する必要はなく、この学習をどちらか一方を選
択して行うこともできる。

【００５６】

【発明の効果】以上の説明から明かなように、本発明に
よれば内燃機関の電子燃料供給量制御装置において、加
速ないし減速の場合の過渡補償を、自動車の寿命全体に
わたって変化する運転条件に適合させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】学習処理が行なわれる過渡補償の概略を示すブ
ロック図である。

【図２】過渡運転の間の負荷（Ａ）、燃料増量（Ｂ）並
びにλ信号（Ｃ）に関する線図である。

【図３】絞り弁が変化した場合過渡補償が行なわれるの
を説明する線図である。

【図４】理想的な絞り弁変化に関連する本来の適応工程
を説明する線図である。

【図５】本発明の制御装置をプログラム技術的に実現す
るフローチャート図である。

【図６】過渡運転間移動するマップ値領域に管壁燃膜量
差ΔＷを格納する状態を説明する線図である。

【符号の説明】

１０　　制御ブロック １４　　内燃機関 １７　　Ｗマップ １８　　Ｔマップ ２０　　過渡補償ブロック ２３　　学習処理ブロック

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　負荷、回転数及び温度を検出するセン
   サと、基本噴射量信号（ｔＬ）並びに加速及び減速時の
   燃料供給量を適合させる過渡補償信号（ＵＫ）を定める
   手段とを有する内燃機関の電子燃料供給量制御装置にお
   いて、管壁燃膜量（Ｗ）と減量係数値（Ｔ）を格納する
   手段が設けられ、これら２つの値は運転パラメータに従
   って読み出すことができ、過渡補償をするために、管壁
   燃膜の変化量信号と減量係数信号（Ｔ）に従って過渡補
   償信号（ＵＫ）が形成され、管壁燃膜量信号及び／ある
   いは減量係数信号がλセンサの信号に基づいて補正され
   ないし学習されることを特徴とする内燃機関の電子燃料
   供給量制御装置。
2. 【請求項２】　　過渡補償量が、管壁燃膜量（Ｗ）と減
   量係数（Ｔ）を格納する２つのマップから帰納式を用い
   、【数１】 に従って計算されることを特徴とする請求項１に記載の
   装置。
3. 【請求項３】　　Ｋｖをセンサ遅延時間、Ｋｔ＝混合気
   移動の遅れ時間、 【数２】 として学習を行なう前に、 　　λＫ（吸気）＝ｆ（λｋ＋ｋｔ（センサ）、λｋ＋
   ｋｔ＋１（センサ））　　＝　｛１／（１−β）｝｛λ
   ｋ＋ｋｔ＋１（センサ）　−　β・λｋ＋ｋｔ（センサ
   ）｝の式に従ってλセンサで測定されたλ値が吸気管の
   λ値に変換されることを特徴とする請求項１あるいは２
   に記載の装置。
4. 【請求項４】　　ｔｅ＝実効噴射時間として、管壁燃膜
   の全変化量（ΔＷ）が、吸気管のλ値に逆算されたλ信
   号を用いて 【数３】 の式に従い面積成分を加算することにより求められるこ
   とを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記
   載の装置。
5. 【請求項５】　　減量係数（Ｔ）が、 【数４】 の式に従って求められることを特徴とする請求項１から
   ４のいずれか１項に記載の装置。
6. 【請求項６】　　開始サンプリング点（Ｗａ）は変化さ
   せず、過渡の他のすべてのサンプリング点は過渡走行カ
   ーブにそって管壁燃膜変化量（ΔＷ）の補間によって計
   算される部分量（ΔＷｉ）だけ増大させるようにして管
   壁燃膜変化量（ΔＷ）が格納されることを特徴とする請
   求項１から５のいずれか１項に記載の装置。
7. 【請求項７】　　計算された減量係数（Ｔ）が終了サン
   プリング点（Ｔｅ）だけに格納されることを特徴とする
   請求項１から６のいずれか１項に記載の装置。