JPH0463928A - エンジンの燃料噴射制御装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、スロットル開度とエンジン回転数に基づいて
設定した筒内予測空気量から燃料噴射量を設定するエン
ジンの燃料噴射制御装置に関する。

［従来の技術］ 一般に、この種の燃料噴射制御装置では、吸入空気量と
エンジン回転数とをパラメータとして基本噴射量（Ｔｐ
　）を算出し、この基本噴射量（Ｔｐ）を各種補正項で
補正して燃料噴射量（Ｔｉ　）を割出すものが知られて
いる。

ところで、上記吸入空気量は、エアクリーナの直下流に
設けた吸入空気量センサなどで計測するものと、スロッ
トル開度（α）とエンジン回転数（Ｎ）とから推定する
、いわゆる、α−Ｎ方式とがあるが、後者は精造の簡略
化が図れ、コスト的に優れ、且つ、故障が少ないなどの
利点から種々のエンジンに採用されている。

ところで、気筒に吸入される空気流量は、ある時定数の
一次遅れ（これを「行程遅れ」と呼ぶ）を有しており、
過渡時などにスロットルバルブを急開した場合、そのと
きのスロットル開度、エンジン回転数に基づいて推定し
た吸入空気量は実際の筒内空気量より多い値となり、空
燃比はリッチ化してしまう。

とくに、ＭＰＩＣマルチポイントインジェクション）で
は、各気筒に供給する燃料噴射量をスロットルバルブが
開弁する吸気行程前に設定しているため、吸入空気量が
吸気行程中に変化する過渡時では、燃料噴射量を決定し
たときの吸入空気量と吸気行程終了時の筒内空気量との
間に開きが生じ、空燃比制御性が悪化する。

その対策として、例えば、特開昭６０−４３１３５号公
報では、過渡時初期のスロットル開度量とエンジン回転
数から、実際の筒内に吸入される空気量を推定し、燃料
噴射量を一次遅れをもたせながら上記推定空気量に対応
する空燃比になるまで変化させることで空燃比制御性の
向上を図るようにしている。

しかし、この先行技術では、最初のスロットル開度量と
エンジン回転数とから必要空気量を推定する具体的な手
段が明確でなく、過渡時の空燃比制御対策としては充分
でない。

一方、本出願人は、特開平２−１０４９３０号公報にお
いて、まず、スロットル開度とエンジン回転数から今回
の吸入空気量を求め、次いで、この吸入空気量を、前回
求めた吸入空気量と今回求めた吸入空気量との差分に基
づいて設定した補正値で補正して実際の筒内空気量（気
筒内に吸入された空気量）に近似する吸入空気量を求め
る技術を提案した。

すなわち、第１４図に示すように、吸気行程前（７）Ｂ
ＴＤＣｅＯ（例えば、ＢＴＤＣ８０’ＣＡ）の第一気筒
の燃料噴射点Ａで設定する予測吸入空気量Ｍ　ａｐ”は
、まず、点Ａでのエンジン回転数とスロットル開度から
求めた吸入空気量Ｍａｐ（に）と、前回の吸入空気量Ｍ
ａｐ（に〜１）との差に基づき、吸気行程終了時（点Ｂ
）の吸気増加量ＪＭａｐを予測する。

そして、この予測した吸気増加量ΔＭａρに上記吸入空
気量Ｍａｐ（Ｋ）を加えた値を点Ａでの予測吸入空気量
Ｍ　ａｐ”とし、この予測吸入空気量Ｍ　ａｐ”と目標
空燃比Ａ／Ｆとから基本燃料噴射量Ｔｐを［発明が解決
しようとする課題］ しかし、例えば、４気筒以上のエンジンにおける加速運
転は、ある気筒の吸気行程の途中がら必ず開始するため
、その最初の気筒では行程遅れ、および、α−Ｎの増加
に伴う吸入空気量の応答遅れ、いわゆる、空気遅れが生
じ、第１５図のハツチングで示す部分の吸入空気量が不
足することになる。

なお、減速時も逆の現象として行程遅れが生じる。

その結果、過渡時初期の空燃比制御性が悪く、良好なレ
スポンスを得ることが出来ない問題があるばかりか、過
渡時初期のリーンスパイク、リッチスパイクに伴う排気
エミッションの悪化を招き、触媒の負担が増加する問題
がある。

［発明の目的］ 本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、過渡運転
中はもちろん、過渡初期の状態においても吸気行程終了
時の筒内空気量に対応する燃料噴射量を供給することが
できて、過渡時の空燃比制御性の向上、排気エミッショ
ンの改善および触媒の負担を軽減することのできるエン
ジンの燃料噴射制御装置を提供することを目的としてい
る。

Ｃ課題を解決するための手段］ 本発明によるエンジンの燃料噴射制御装置は、第１図に
示すように、スロットル開度とエンジン回転数と前回設
定した吸気管圧力に基づいてスロットルバルブ通過空気
量を設定するスロットルバルブ通過空気量設定手段Ｍ１
と、上記スロットル開度と上記エンジン回転数と吸気温
度と前回設定した上記吸気管圧力に基づき筒内に吸入さ
れる空気量を設定する筒内空気量設定手段Ｍ２と、吸気
温度と上記スロットルバルブ通過空気量と上記筒内空気
量とに基づいて吸気管圧力を設定する吸気管圧力設定手
段Ｍ３と、上記スロットル開度と上記エンジン回転数を
パラメータとして記憶手段Ｍ５に記憶した推定空気量マ
ツプに基づき推定空気量を設定する推定空気量設定手段
Ｍ４と、上記筒内空気量と前回の筒内空気量との差と、
上記推定空気量と前回の推定空気量との差とに基づいて
上記筒内空気量を補正して筒内予測空気量を設定する筒
内予測空気量設定手段Ｍ６と、上記筒内予測空気量と目
標空燃比とに基づいて燃料噴射量を設定する燃料噴射量
設定手段Ｍ７と燃料噴射量設定手段の出力に基づいて対
応気筒へ燃料を供給する燃料供給手段Ｍ８とを備えたも
のである。

［作　用］ 本発明では、スロットル開度とエンジン回転数と前回設
定した吸気管圧力とに基づいてスロットルバルブ通過空
気量を設定すると共に、スロットル開度とエンジン回転
数と吸気温度と前回設定した吸気管圧力とに基づいて筒
内空気量を設定する。

そして、吸気温度と上記スロットルバルブ通過空気量と
上記筒内空気量とから次回に用いる吸気管圧力を設定す
る。また、スロットル開度とエンジン回転数とをパラメ
ータとして推定空気量を設定し、上記筒内空気量と前回
の筒内空気量との差と、上記推定空気量と前回の推定空
気量の差とに基づいて上記筒内空気量を補正して筒内予
測空気量を設定し、この筒内予測空気量と目標空燃比と
に基づいて燃料噴射量を設定し、燃料供給手段により、
対応気筒へ燃料供給する。

したがって、過渡運転中はもちろん、過渡初期状態にお
いても吸気行程終了時の筒内空気量に対応する燃料噴射
量を供給することができる。

［発明の実施例コ 以下、図面に基づいて本発明の詳細な説明する。

第２図〜第１３図は本発明の一実施例を示し、第２図は
エンジンＩＩＩ御系の概略図、第３図は吸気状層を示す
概念図、第４図はスロットル開度、吸入空気量、空気過
剰率のタイムチャート、第５図は燃料噴射制御手順を示
すフローチャート、第６図は空気通過面積テーブルの概
念図、第７図はレイノルズ数テーブルの概念図、第８図
は流量係数マツプの概念図、第９図は係数テーブルの概
念図、第１０図は体積効率マツプの概念図、第１１図は
他の係数テーブルの概念図、第１２図は推定空気量マツ
プの概念図、第１３図は別の係数テーブルの概念図であ
る。

（構　成） 第２図の符号１はエンジン本体で、このエンジン本体１
の吸気ボート１ａに連通ずる吸気管２の中途にスロット
ルバルブ３が介装され、この吸気管２のスロットルバル
ブ３と吸気ボート１ａとの間がエアチャンバ２ａのボリ
ュームを構成している。また、上記吸気管２の上流にエ
アクリーナ４が取付けられており、このエアクリーナ４
の拡張室に吸気温度検出手段としての吸気温センサ５が
装着され、また、上記スロットルバルブ３にスロットル
開度検出手段としてのスロットル開度センサ６が連設さ
れている。さらに、上記吸気管２の下流に上記吸気ボー
ト１ａにノズルを指向するインジェクタ（燃料供給手段
）７が取付けられている。

また、上記エンジン本体１の排気ボート１ｂに連通ずる
排気管８に空燃比センサ９が取付けられ、その下流に触
媒１０が介装されている。

一方、上記エンジン本体１のクランクシャフト１ｃにク
ランクロータ１１が軸着され、このクランクロータ１１
の周囲に複数の突起（あるいはスリット）１１ａ〜ｌｌ
ｄが形成され、さらに、上記クランクロータ１１の外周
に、所定クランク角に対応する突起ｆｌａ〜Ｉｌｄを検
出するためのクランク角センサ（エンジン回転数検出手
段）１２が対設されている。

なお、図においては、４気筒エンジンの＃１気筒のみが
示されており、上記突起１１ａが＃ｌ＃２気筒、突起１
１ｂが＃３．＃４気筒に対する基準クランク角θ０　（
例えば、θ０＝ＢＴＤＣ８０’ＣＡ）を示す、したがっ
て、上記突起１１ａ、１１ｂ間の開き角は１８０°であ
る。また、上記突起１１ａ、１１ｂと上記突起１１ｃ、
ｌｉｄとの間が設定はさみ角θ１を有しており、このは
さみ角６１間の角速度からエンジン回転数Ｎｅを算出す
る。

また、上記クランクロータ１１の突起１１ａが、＃１．
＃２気筒に対する燃料噴射開始タイミングを示す吸気行
程前基準クランク角ＲＥＦＩをなすとともに、＃３、＃
４気筒に対しては、吸気行程中途の基準クランク角をな
す。さらに、上記突起１１ｂが、＃３．＃４気筒の燃料
噴射タイミングを示す吸気行程前基準クランク角ＲＥＦ
２をなすとともに、＃１．＃２気筒に対しては吸気行程
中途の基準クランク角をなす。

一方、符号２０はマイクロコンピュータなどからなる制
御装置で、この制御装置２０のＣＰＵ（中央処理演算袋
り２１、記憶手段としてのＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３、お
よび、Ｉ１０インターフェイス２４がパスライン２５を
介して互いに接続されており、　Ｉ１０インターフェイ
ス２４の入力ボートに各センサ５，６，９．１２が接続
されると共に、出力ボートに駆動回路２６を介してイン
ジェクタ７が接続されている。

上記ＲＯＭ２２には制御プログラム、固定データなどが
記憶されている。固定データとしては、後述する空気通
過面積テーブルＴＢへ、レイノルズ数テーブルＴＢψ、
流量係数マツプＭＰＣ１係数テーブルＴ　Ｂ　Ｄ／２Ｒ
Ｔ　、Ｔ　Ｂ　ＲＴ／Ｖ、Ｔ　Ｂ　Ｋ　、体積効率マツ
プＭＰη■、および、推定空気量マツプＭ　Ｐ　ＬＡが
ある。

また、上記ＲＡＭ２３にはは上記各センサ類の出力信号
を処理した後のデータ、ＣＰＵ２１で演算処理したデー
タなどが格納される。

さらに、ＣＰＵ２１では上記ＲＯＭ２２に記憶されてい
る制御プログラムに従い、上記ＲＡＭ　２３に格納した
各種データに基づき、燃料噴射量などを演算する。

なお、上記制御装置２０の燃料噴射制御機能には、スロ
ットル開度とエンジン回転数と前回設定した吸気管圧力
に基づいてスロットルバルブ通過空気量を設定するスロ
ットルバルブ通過空気量設定手段と、上記スロットル開
度と上記エンジン回転数と吸気温度と前回設定した上記
吸気管圧力に基づき筒内に吸入される空気量を設定する
筒内空気量設定手段と、吸気温度と上記スロットルバル
ブ通過空気量と上記筒内空気量とに基づいて吸気管圧力
を設定する吸気管圧力設定手段と、上記スロットル開度
と上記エンジン回転数をパラメータとして記憶手段に記
憶した推定空気量マツプに基づき推定空気量を設定する
推定空気量設定手段と、上記筒内空気量と前回の筒内空
気量との差と、上記推定空気量と前回の推定空気量との
差と、に基づいて上記筒内空気量を補正して筒内予測空
気量を設定する筒内予測空気量設定手段と、上記筒内予
測空気量と目標空燃比とに基づいて燃料噴射量を設定す
る燃料噴射量設定手段とが含まれている。

（作　用） 次に、制御装ｗ２０における燃料噴射制御手順を第５図
のフローチャートに従って説明する。

まず、ステップ（以下「Ｓ」と略称）　３１０１でスロ
ットル開度センサ６、クランク角センサ１２、吸気温セ
ンサ５の出力に基づくスロットル開度α、エンジン回転
数Ｎｅ、吸気温度Ｔを読込み、また、５１０２で、ＲＡ
Ｍ２３の所定アドレスにストアされている前回のルーチ
ンで設定した吸気管圧力Ｐを読出す。

そして、５１０３で上記スロットル開度αをパラメータ
として空気通過面積テーブルＴＢ＾　（第６図参Ｎ）に
基づき設定した空気通過面ｍＡと、上記吸気管圧力Ｐを
パラメータとしてレイノルズ数テーブルＴＢψ（第７図
参照）に基づき設定したレイノルズ数ψと、上記スロッ
トル開度α、エンジン回転数Ｎｅをパラメータとして流
量係数マツプＭＰＣ（第８図参照）に基き設定した流量
係数Ｃとから次式によりスロットルバルブ通過空気量Ｍ
ａ［を設定する。

Ｍａｔ−＝Ｃ・Ａ−ｖ・、（−’Ｐａ−Ｐａ＝−（１）
Ｐａ：大気圧 Ｐａ：大気圧密度 但し、上記レイノルズ散型は、 Ｐ／Ｐａ　＞　（２／　（ｋ＝１））　”（Ｋ−１）（
７）とき、ｐ／ｐａ　＜　（２／　（ｋ＋１））　”（
に−１）のとき、ｋ：係数 Ω　：空気重量 で求めることができるが、図のレイノルズ数テーブルＴ
ＢＶにおいては、大気圧ｐａを常圧と考え、チャンバ内
圧力（吸気管圧力）Ｐのみをパラメータとしている。

次いで、５１０４で、上記吸気温度Ｔをパラメータとし
て係数テーブルＴＢ２Ｒ工（第９図参照）に基づき設定
した係数２Ｒ工と、上記エンジン回転数Ｎｅと、このエ
ンジン回転数Ｎｅとスロットル開度αとをパラメータと
して体積効率マツプＭＰηＶ　（第１０図参照）に基づ
き設定した体積効率η■と、吸気管圧力Ｐとに基づき筒
内空気量Ｍａｐを次式から設定する。

Ｄ：排気量 ところで、第３図は吸気系モデルを示すもので、単位時
間当たりのチャンバ２ａ内の空気量ｄＭ／ｄｔは、流入
する空気量（スロットル通過空気量）Ｍａｔと、シリン
ダへ供給される空気量（筒内空気量）Ｍａｐとの差、す
なわち、 ｄＭ、／ｄ　ｔ＝Ｍａｒ−Ｍａｔ）　　　　　　・（３
）で表すことができる。

一方、チャンバ２ａ内の状態方程式は、Ｐ・Ｖ＝Ｍ　−
Ｒ−Ｔ　　　　　　　　・・・（４）Ｐ：チャンバ内圧
力 Ｖ：チャンバ容積 Ｍ：チャンバ内空気量 Ｒ：ガス定数 Ｔ：吸気温度 であり、上記＜３）　、　（４）式から、単位時間当た
りのチャンバ２ａ内の圧力ｄ　Ｐ／ｄ　ｔは、ｄＰ／ｄ
ｔ−”　　　”　−Ｍ　　　・・（５）■ で求めることができる。

この（５）式のガス定数Ｒと、チャンバ容積Ｖを一定と
捕えると、′１１は、吸気温度Ｔについて■ の関数となる。

したがって、スロットルバルブ通過空気量Ｍａｔと、吸
気管内圧力Ｐと、吸気温度Ｔが解れば、筒内空気量Ｍａ
ｐを算出することができる。

Ｔ 基づいて設定した係数Ｔと上記スロットルバルブ通過空
気量Ｍａｔと筒内空気量Ｍａｐに基づき次回のルーチン
において用いる吸気管圧力Ｐを上記（５）式から設定し
、ＲＡＭ２３の所定アドレスにストアされている吸気管
圧力Ｐを更新する。

また、５１０６で、上記スロットル開度αと上記エンジ
ン回転数Ｎｅをパラメータとして推定空気量マツプＭ　
Ｐ　ＬＡ　（第１２図参照）に基づき空気量ＬＡを設定
する。定常運転時の推定空気量ＬＡはスロットルバルブ
開度αとエンジン回転数Ｎｅの関数と捕えることができ
、予め実験などから求めてマツプ化することができる。

なお、第４図（ｂ）に二点鎖線で示すように、上記推定
空気量ＬＡはスロットル開度αとエンジン回転数Ｎｅの
関数として設定されているため、加速運転時においては
スロットル開度の増加に伴い実際に吸入される空気量よ
りも多い値が設定される。

次いで、５１０７で、ＲＡＭ２３の特定アドレスにそれ
ぞれストアされていいる、前回のルーチンにて設定され
た筒内空気量Ｍａｐ（−１）、および、推定空気量Ｌ　
Ａ　（−１）を読出す。

そして、８１０８で、エンジン回転数Ｎｅをパラメータ
として係数テーブルＴＢに（第１３図参照）に基づいて
設定した係数にと、上記筒内空気量Ｍａｐ、前回のルー
チンで設定した筒内空気量Ｍａｐ（−１）、および、上
記推定空気量ＬＡ、前回のルーチンで設定した推定空気
量Ｌ　Ａ　（−１）に基づき吸気行程時に各気筒に供給
される実際の吸気量を推定した筒内予測空気量Ｍ　ａＤ
”を次式から設定する。

Ｍａｐ”　＝Ｍａｌ）十Ｋ　＋　　（Ｍａｐ−Ｍａｐ（
−１））＋　　（ＬＡ−ＬＡ（−１））　　） ・・・（６） 上記（６）式の右辺第二項で筒内空気量Ｍａρ１Ｍａｐ
（−１）の差分補正をすることで空気遅れを補償するこ
とができ、また、推定空気量ＬＡ、ＬＡ（−１）の差分
補正をすることで行程遅れを補償することができ、その
結果、第４図（ｂ）に実線で示すように過渡時の上記筒
内予測空気量Ｍ　ａｐ”は、吸気行程における気筒に供
給される実際の吸入空気量とほぼ等しい値を示し、同図
（ｃ）に実線で示すように空気過剰率が大幅に低減され
る。

そして、５１０９で、次回ルーチンでの筒内予測空気量
Ｍ　ａｐ”の算出に備えるため、ＲＡＭ２３の特定アド
レスにストアされている前回の筒内空気量Ｍ　ａｐ（−
１）、推定空気量Ｌ　Ａ　（−１）を、それぞれ、今回
のルーチンにて設定した筒内空気量Ｍａｐ、推定空気ｌ
ＬＡで更新する。

その後、５１１０で、上記筒内予測空気量Ｍ　ａｐ＊と
、予め設定し、あるいは、エンジン負荷などに応じて可
変設定する目標空燃比＾／「とに基づき基本燃料噴射量
Ｔｐを次式から設定する。

Ｔ　Ｄ　４−Ｍ　ａｐ”　／　Ａ／Ｆ　　　　　　　　
＝−（７）また、５１１１で空燃比センサ９の出力信号
に基づいて空燃比フィードバック補正係数ＦＢを設定し
、５１１２で、上記基本燃料噴射１−Ｔｐを上記空燃比
フィードバック補正係数ＦＢで補正して燃料噴射量Ｔｉ
　　（Ｔｉ　４−Ｔｐ　ｘＦＢ　）を設定する。

そして、５１１３で、上記燃料噴射量Ｔｉに応じた駆動
信号を対応気筒のインジェクタ７へ所定タイミングで出
力する。

［発明の効果］ 以上、説明したように本発明によれば、スロットル開度
とエンジン回転数と前回設定した吸気管圧力に基づいて
スロットルバルブ通過空気量を設定するスロットルバル
ブ通過空気量設定手段と、上記スロットル開度と上記エ
ンジン回転数と吸気温度と前回設定した上記吸気管圧力
に基づき筒内に吸入される空気量を設定する筒内空気量
設定手段と、吸気温度と上記スロットルバルブ通過空気
量と上記筒内空気量とに基づいて吸気管圧力を設定する
吸気管圧力設定手段と、上記スロットル開度と上記エン
ジン回転数をパラメータとして記憶手段に記憶した推定
空気量マツプに基づき推定空気量を設定する推定空気量
設定手段と、上記筒内空気量と前回の筒内空気量との差
と、上記推定空気量と前回の推定空気量との差と、に基
づいて上記筒内空気量を補正して筒内予測空気量を設定
する筒内予測空気量設定手段と、上記筒内予測空気量と
目標空燃比とに基づいて燃料噴射量を設定する燃料噴射
量設定手段と、燃料噴射ｉ設定手段の出力に基づいて対
応気筒へ燃料を供給する燃料供給手段とを備えたので、
過渡運転中はもちろん、過渡初期の状態においても吸気
行程終了時の筒内空気量に対応する燃料噴射量を供給す
ることができて、空燃比制御性がより向上し、過渡応答
性の向上、排気エミッションの改善および触媒の負担を
軽減することができるなど優れた効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本概念を示すクレーム対応図、第２
図〜第１３図は本発明の一実施例を示し、第２図はエン
ジン制御系の概略図、第３図は吸気状態を示す概念図、
第４図はスロットル開度、吸入空気量、空気過剰率のタ
イムチャート、第５図は燃料噴射制御手順を示すフロー
チャート、第６図は空気通過面積テーブルの概念図、第
７図はレイノルズ数テーブルの概念図、第８図はｆＸＩ
係数マツプの概念図、第９図は係数テーブルの概念図、
第１０図は体積効率マツプの概念図、第１１図は他の係
数テーブルの概念図、第１２図は吸気空気量マツプの概
念図、第１３図は別の係数テーブルの概念図、第１４図
以下は従来例を示し、第１４図は従来の吸入空気量の設
定状態を示す概念図、第１５図は筒内空気量の行程遅れ
を示す特性図である。 Ｍｌ・・スロワ１〜ルバルブ通過空気量設定手段、Ｍ２
・・筒内空気量設定手段、Ｍ３・・・吸気管圧力設定手
段、Ｍ４・・推定空気量設定手段、Ｍ５・−記憶手段、
Ｍ６・・・筒内予測空気量設定手段−Ｍ７・・・燃料噴
射量設定手段、Ｍ８・・・燃料供給手段。 第３図 第６図 ＴＢＡ ＴＢψ 第８図 ＰＣ 第５図 ＴＢに 第１４図 第１５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 スロットル開度とエンジン回転数と前回設定した吸気管
   圧力に基づいてスロットルバルブ通過空気量を設定する
   スロットルバルブ通過空気量設定手段と、 上記スロットル開度と上記エンジン回転数と吸気温度と
   前回設定した上記吸気管圧力に基づき筒内に吸入される
   空気量を設定する筒内空気量設定手段と、 吸気温度と上記スロットルバルブ通過空気量と上記筒内
   空気量とに基づいて吸気管圧力を設定する吸気管圧力設
   定手段と、 上記スロットル開度と上記エンジン回転数をパラメータ
   として記憶手段に記憶した推定空気量マップに基づき推
   定空気量を設定する推定空気量設定手段と、 上記筒内空気量と前回の筒内空気量との差と、上記推定
   空気量と前回の推定空気量との差と、に基づいて上記筒
   内空気量を補正して筒内予測空気量を設定する筒内予測
   空気量設定手段と、 上記筒内予測空気量と目標空燃比とに基づいて燃料噴射
   量を設定する燃料噴射量設定手段と、燃料噴射量設定手
   段の出力に基づいて対応気筒へ燃料を供給する燃料供給
   手段 とを備えることを特徴とするエンジンの燃料噴射制御装
   置。