JPH0658077B2 - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、燃料噴射式内燃機関の燃料噴射制御装置に
関する。

〔従来の技術〕

従来の内燃機関の燃料噴射制御装置としては、例えば特
開昭６０−１６９６４７号公報に見られるように、機関
が所定クランク角度回転する毎に吸入空気量もしくは吸
気管内圧力を検出して、その今回の検出値と少くとも前
回の検出値とを用いて、今回の燃料噴射量算出値に基づ
いて噴射される燃料が燃焼室に到達する時点での吸入空
気量もしくは吸気管内圧力を予測し、その予測値を用い
て噴射燃料を算出し、その算出した燃料量に応じて実際
の燃料噴射を行うようにしたものがある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このような従来の内燃機関の燃料噴射制
御装置にあつては、機関が所定クランク角度（４気筒機
関では１８０°ＣＡ，６気筒機関では１２０°ＣＡ）回
転する毎の吸入空気量あるいは吸気管内圧力のみの情報
を用いて、マクロ−リン展開等の多項式からの近似式
（下記の式）により、今回の算出に基づいて噴射され
る燃料が燃焼室に到達する時点での吸入空気量あるいは
吸気管内圧力ｆ（ｘ＋ｈ）を予測していた。

ｆ(x+h)＝2.5ｆ(x)−２ｆ(x-h)+0.5ｆ(x-2h)… 上式中ｆ（ｘ），ｆ（ｘ−ｈ），ｆ（ｘ−２ｈ）は、そ
れぞれ今回、前回、及び前々回の吸入空気量あるいは吸
気管内圧力である。

そのため、例えば経時変化や機関の運転状態の変化によ
る機関特性の変化があつた場合、特に過渡状態にあつて
は、燃料が燃焼室に到達する時点での吸入空気量あるい
は吸気管内圧力を予測することが困難であり、機関の運
転性を悪化したり、エミツシヨンを悪化するという問題
点があつた。

また、元々この式（予測式）はｈが小さい所で成立す
るものであり、過渡時の吸気管内圧力のように、ｈ＝18
0゜ＣＡ（又は120゜ＣＡ）対して速い応答を示すものに適
用するのは無理がある。

この発明は、このような従来の問題点を解決することを
目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

そのため、燃料の噴射から機関の燃焼室に噴射燃料が到
達するまでに所定の遅れが生じる内燃機関の燃料噴射制
御装置において、 機関の吸入空気量あるいは吸気管内圧力を検出する第１
の検出手段と、機関のスロットル開度あるいはアクセル
操作量を検出する第２の検出手段と、スロットル開度あ
るいはアクセル操作量から吸入空気量あるいは吸気管内
圧力への伝達特性に基づいて、スロットル開度あるいは
アクセル操作量と吸入空気量あるいは吸気管内圧力の検
出値とから吸入空気量あるいは吸気管内圧力の挙動を表
す状態量を算出する状態量算出手段と、算出された状態
量と前記伝達特性及びスロットル開度あるいはアクセル
操作量の検出値を用いて、噴射燃料が機関の燃焼室に到
達する時点における吸入空気量あるいは吸気管内圧力の
予測値を算出する予測値算出手段と、吸入空気量あるい
は吸気管内圧力の検出値または前記状態量と前記伝達特
性を用いて算出した現時点における吸入空気量あるいは
吸気管内圧力を、修正予測値として算出する修正予測値
算出手段と、機関が所定の定常運転状態にあるか否かを
判定する定常状態判定手段と、この判定結果より、機関
が所定の定常運転状態にあるときには前記修正予測値を
選択し、機関が所定の定常運転状態にないときには前記
予測値を選択する予測値選択手段と、選択された予測値
または修正予測値を用いて噴射燃料量を算出する噴射燃
料量算出手段と、算出された噴射燃料量を機関の吸気管
内に噴射する燃料噴射手段と、を備える構成とした。

〔作用〕

この燃料噴射制御装置にあっては、スロットル開度ある
いはアクセル操作量から吸入空気量あるいは吸気管内圧
力への伝達特性に基づいて、スロットル開度あるいはア
クセル操作量と吸入空気量あるいは吸気管内圧力の検出
値とから吸入空気量あるいは吸気管内圧力の挙動を表す
状態量が算出され、算出された状態量と前記伝達特性及
びスロットル開度あるいはアクセル操作量の検出値を用
いて、噴射燃料が機関の燃焼室に到達する時点における
吸入空気量あるいは吸気管内圧力の予測値が算出され
る。

また一方では、吸入空気量あるいは吸気管内圧力の検出
値または前記状態量と前記伝達特性を用いて算出した現
時点における吸入空気量あるいは吸気管内圧力が、修正
予測値として算出される。

そして、機関が所定の定常運転状態にないときには、前
記予測値を用いて噴射燃料量が算出され、機関が所定の
定常運転状態にあるときには、前記修正予測値を用いて
噴射燃料量が算出される。

従って、常に予測目標値に近い値を用いて噴射燃料量を
算出することができ、それによつて噴射される燃料が燃
焼室に到達する時点での混合比を適切に制御できる。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第２図は、この発明を適用した電子制御燃料噴射式内燃
機関を概略的に示している。

同図において、１０は吸気管，１２は吸気管内圧力を検
出する圧力センサ，１４は２°，１８０°毎のクランク
角度を検出する角度センサを内蔵するデイストリビユー
タ，１６ａ〜１６ｄは燃料を噴射するインジエクタ，１
８はマイクロコンピユータを内蔵する電子制御ユニツ
ト，２０は点火用高電圧を発生するイグナイタ，２２は
吸気温センサ，２４はスロツトル弁，２６はスロツトル
弁の開度を検出するスロツトルセンサ，２８は水温セン
サ，３０は酸素濃度センサである。

電子制御ユニツト１８には、上記各センサからの検出信
号が入力されると共に、スタータ信号（ＳＴＡＲＴ），
エアコン信号（Ａ／Ｃ），車速信号（ＶＳＰ），および
バツテリ電圧（ＶＢ）等も入力されていて、吸気管内圧
力センサ１２からの信号ＰＭおよびデイストリビユータ
１４内の角度センサからの２°と１８０°のクランク角
度信号を用いて燃料噴射パルス幅を算出し、そのパルス
幅に相当するパルス幅を有する駆動信号ＦＩがインジエ
クタ１６ａ〜１６ｄに個別に出力される。

この電子制御ユニツト１８のマイクロコンピユータは、
アナログの入力信号を２進信号に変換するＡ／Ｄ変換器
１８ａ，入出力ポート（Ｉ／Ｏ）１８ｂ，ＣＰＵ１８
ｃ，ＲＡＭ１８ｄ，ＲＯＭ１８ｅ，イグニツシヨン・ス
イツチをオフにした後も情報の保持を行うバツクアツプ
ＲＡＭ１８ｆ等を備えており、これらはバス１８ｇによ
つて接続されている。

また、デイストリビユータ１４内の角度センサからのク
ランク角２°あるいは１８０°信号から回転速度ＮＥを
算出し、ＲＡＭ１８ｄに記憶する。

ところで、この発明による燃料噴射制御装置としての機
能は、電子制御ユニツト１８内のマイクロコンピユータ
によつてなされるが、その構成例を第１図に機能ブロツ
ク図で示す。

この第１図の実施例は、第１の検出手段１、第２の検出
手段２、状態量算出手段３、予測値算出手段４、修正予
測値算出手段５、定常状態判定手段６、予測値選択手段
７、噴射燃料量算出手段８及び燃料噴射手段９によって
構成されている。

第１の検出手段１は、機関の運転状態を示すパラメータ
内で少なくとも吸気管内圧力ＰＭを検出する。

第２の検出手段２は、機関の運転状態を示すパラメータ
内で少なくともスロットル開度ＴＨを検出する。

状態量算出手段３は、機関の運転状態を示すパラメータ
内で少なくともスロツトル開度ＴＨと吸気管内圧力ＰＭ
の情報により、スロツトル開度から吸気管内圧力への伝
達特性を用いて吸気管内圧力の挙動を表わす状態量 を算出する。

予測値算出手段４は、その算出された状態量 と上記伝達特性を用いて、噴射された燃料が燃焼室に到
達する時点での吸気管内圧力の値ＰＭＰＲを予測する。

修正予測値算出手段５は、前記状態量 と前記伝達特性を用いて算出した現時点における吸気管
内圧力を、修正予測値ＰＭＭとして算出する。

定常状態判定手段６は、機関の運転状態が定常状態にあ
るか否かによつて予測値選択手段７に異なる選択信号Ｓ
を出力する。

予測値選択手段７は、定常状態判定手段６からの選択信
号Ｓに応じて、機関が定常状態でない（過渡状態）とき
には予測値算出手段４によつて予測された予測値ＰＭＰ
Ｒを選択し、定常状態にあるときは修正予測値算出手段
５によつて算出された値ＰＭＭを選択して、選択値ＰＭ
Ａとして出力する。

噴射燃料量算出手段８は、この選択値ＰＭＡ（ＰＭＰＲ
又はＰＭＭと同じ）に応じた噴射燃料量を算出し、水温
などによる各種の補正を行つて実際の噴射燃料量（噴射
パルス幅Ｔｉ）を決定する。燃料噴射手段９は、算出さ
れた噴射燃料量を機関の吸気管内に噴射する。

次に、この第１図における状態量算出手段３，予測値算
出手段４，及び修正予測値算出手段５の作用をさらに詳
しく説明する。

状態量算出手段３は、第２図のスロツトル弁２４が動い
た時のスロツトル開度から吸気管内圧力への伝達特性
を、次式の線形ＡＲＭＡモデルによつて表現する。

ここで、Ａ，Ｂ，Ｃは機関の特性に応じて予め定められ
る定数行列であり、ΔＴＨ，ΔＰＭはそれぞれ予め設定
したある基準値ＴＨｉ，ＰＭｉからのスロツトル開度及
び吸気管内圧力の変化分を表わす。また、ｋは時刻ｋで
の値であることを示し、（ｋ＋１）はｋの次の時刻の値
であることを示す。ここで、次の時刻とは、例えば後述
する定時間割込ルーチンを実行するのに係る時間、即ち
後述する状態量の計算周期ｔｓ時間が経過した後の時刻
である。

これを用いて、吸気管内圧力の挙動を表わす状態量ωの
算出値である状態量 を求める。

ただし、 は現時点での状態量であり、 は、例えば後述する定時間割込ルーチンを実行するのに
係る時間が経過した後の状態量である。またＦは の推定ゲインを示す定数行列で、（Ａ−Ｆ・Ｃ）ＮＯ固
有値が単位円の内部にある（安定ということ）ように定
める。

予測値算出手段４は、この状態量の算出値 を用いて、燃料が噴射された時点から燃焼室に到達する
時点までの時間をｔｌ（予測時間という）として、現時
点ｋから予測時間ｔｌ後の吸気管内圧力ＰＭＰＲを次式
から求める。

ここに、ｔｓは状態量の計算周期で、吸気管内圧力の挙
動を表わすのに十分な所定値である。

〔tl/ts+0.5〕はtl/ts+0.5を越えない整数を表わす。ま
た、ＰＭｉは吸気管内圧力の基準値であり、前述のスロ
ツトル開度から吸気管内圧力への伝達特性（式）を表
わした時に用いた値である。

修正予測値算出手段５は、状態量の算出値 を用いて、次の式又は式によつて現時点ｋにおける
吸気管内圧力相当値ＰＭＭ（ｋ）を算出する。

次に、このような第１図の各手段の機能を実行する第２
図の電子制御ユニツト１８内のマイクロコンピユータの
動作を、第３図のフローチヤートによつて説明する。

このプログラムは、吸気管内の挙動を表わすのに十分な
速さ、例えば数ｍｓ等の僅かな所定時間毎に行われる定
時間割込ルーチン（ａ）と、クランク角度１８０°毎に
行われる１８０°ＣＡ割込ルーチン（ｂ）とからなつて
いる。即ち、当該定時間割込ルーチン（ａ）が行われる
計算周期がｔｓである。

先ず、（ａ）の定時間割込ルーチンでは、ステツプ１で
スロツトル開度ＴＨ，吸気管内圧力ＰＭを読み込み、ス
テツプ２に進む。

ステツプ２では吸気管内圧力の挙動を表わす状態量 を算出し、次のステツプ３でこの状態量 から現時点での吸気管内圧力相当値ＰＭＭを算出し、さ
らにステツプ４で燃料が燃焼室へ入る時点での吸気管内
圧力の予測値ＰＭＰＲを算出してステツプ５に進む。

ステツプ５ではスロツトル開度ＴＨおよび吸気管内圧力
ＰＭあるいはステツプ４で算出した予測値ＰＭＰＲの変
化量から定常状態かどうか判断し、定常状態の場合には
ステツプ７に進み、フラグＦＬＡＧを１にセツトして終
り、定常状態でない場合にはステツプ６に進み、フラグ
ＦＬＡＧを０にセツトして終る。

一方、（ｂ）の１８０°ＣＡ割込ルーチンでは、まずス
テツプ８でフラグＦＬＡＧが１か０かを判断し、ＦＬＡ
Ｇが１すなわち定常状態の場合にはステツプ１０に進
み、そうでなければステツプ９に進む。

ステツプ９では一時的値（選択値）ＰＭＡとしてステツ
プ４で算出した予測値ＰＭＰＲを入れ、ステツプ１０で
は一時的値ＰＭＡとしてステツプ３で算出した修正予測
値ＰＭＭを入れ、いずれもステツプ１１に進む。

ステツプ１１では、この一時的値ＰＭＡとエンジン回転
数ＮＥを用いて基本噴射パルス幅ＴＰを算出し、ステツ
プ１２でこのＴＰを水温等による各種補正をして最終噴
射パルス幅Ｔｉを算出し、第２図のインジエクタ１６ａ
〜１６ｄに出力する。

次に、この発明の他の実施例の機能ブロツク図を第４図
に示し、その各機能を第２図の電子制御ユニツト内のマ
イクロコンピユータが実行する場合のフローチヤートを
第５図に示す。

なお、これらの図において、第１図及び第３図と同じ部
分には同一符号及び同一ステツプ番号を付してある。

第４図において第１図と異なるのは、修正予測値算出手
段５を省略して、実際の吸気管内圧力ＰＭを予測値選択
手段７の一方の入力としてそのまま使用するようにした
点だけである。

したがつて、予測値選択手段７は定常状態判定手段６か
らの選択信号に応じて、機関が定常状態にある時には実
際の吸気管内圧力ＰＭを選択して出力し、過渡状態にあ
る時には予測値算出手段４によつて予測された予測値Ｐ
ＭＰＲを選択して出力する。

一方、第５図のフローチヤートにおいては、第３図(a)
のステツプ３（ＰＭＭ算出）が不要になり、第５図(b)
の１８０°ＣＡ割込ルーチンでは、ステツプ８でＦＬＡ
Ｇが１のとき、すなわち定常状態のときにはステツプ２
０に進み、現時点の実際の吸気管内圧力をＰＭをＰＭＡ
としてステツプ11へ進む。

このようにしても、前述の実施例と同様な効果が得られ
る。但し、前述の実施例のように状態量から算出した
吸気管内圧力相当値ＰＭＭを用いる方が、耐ノイズ性能
は良好になる。

次に、この発明における予測値選択による作用効果につ
いて第６図によつて説明する。

第６図(a)に示すようにスロツトル開度が変化した時
に、元々は同図(b)に実線（ＡＣＥＧ）で示すような特
性で吸気管内圧力が変化するものとする。しかし、機関
の経時変化や運転状態の変化によつて応答特性が変化
し、同図に破線（ＡＢＤＦ）で示すように変わつたと仮
定する。

この場合、燃料噴射時点からその燃料が燃焼室に入るま
での時間をｔｌとすると、予測結果は同図に点線（ＡＫ
Ｂ′ＤＦ）で示すようになるのが望ましい値であり、こ
れが予測値の目標値である。

しかしながら、記憶しているパラメータから求まる吸気
管内圧力は、元々の特性（ＡＣＥＧ）上の点を予測する
一点鎖線（ＡＫＣ′ＥＧ）のように求まる。

したがつて、加速初期においては予測目標値に近い値を
算出することができるが、時間と共にその定常値の違い
により予測目標値からずれてくる。

そこで、この発明においては、加速初期の優位性を失う
ことなく定常値を一致させるために機関の定常状態を検
出して、定常状態においては予測値の代わりに現在の吸
気管内圧力あるいはその相当量を用いるようにする。

それによつて、例えば点Ｅで定常であるという判断をす
れば、目標値である点Ｄの値を次の燃料量計算に用いる
ことができる。

したがつて、吸気管内圧力の選択値は第６図(b)に一点
鎖線と破線（ＡＫＣ′ＥＤＦ）で示すようになり、加速
初期では目標値に近い予測値を選択し、定常状態におい
ては特性変化後の値を用いることができるため、常に燃
焼室に到達する時点での混合比を適切にする燃料を噴射
することができる。

定常状態の検出は、例えば次の条件が成立するときとす
る。

(I)スロツトル開度の変化率および吸気管内圧力の変化
率が共にそれぞれある所定値以下になつた時。

(II)スロツトル開度の変化率および予測値の変化率が共
にそれぞれある所定値以下になつた時。

以上の各実施例では、機関の運転状態を示すパラメータ
の内のスロツトル開度と吸気管内圧力を情報として用い
た場合の例について説明したが、機械式あるいは熱線式
等のエアフロメータによつて検出される吸入空気量を用
いて噴射燃料量を計算する場合には、吸気管内圧力に代
えてその吸入空気量を入力情報として用いてこの発明を
実施することができる。

また、スロツトル開度に代えてアクセル操作量を入力情
報として用いてもよいことは勿論である。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、この発明による内燃機関の燃
料噴射制御装置は、吸入空気量あるいは吸気管内圧力の
変化が生じる要因であるスロツトル開度あるいはアクセ
ル操作量の情報を用いて、吸入空気量あるいは吸気管内
圧力の挙動を表わす状態量を算出し、その算出した状態
量を用いて、噴射された燃料が燃焼室に到達する時点で
の吸入空気量あるいは吸気管内圧力の予測値を算出する
ように構成すると共に、機関の過渡時にはその予測値を
選択し、定常状態においては現在の吸入空気量あるいは
吸気管内圧力もしくは上記状態量から算出される修正予
測値を選択して燃料噴射量を算出するようにしたので、
常に予測目標値に近い値を用いて噴射燃料量を算出する
ことができ、それによつて噴射される燃料が燃焼室に到
達する時点でも混合比を適切に制御できる。

したがつて、機関の運転性やエミツシヨンを悪化するこ
とがなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の構成を示す機能ブロツク
図、 第２図はこの発明を適用した電子制御燃料噴射式内燃機
関を概略的に示す構成図、 第３図は第２図の電子制御ユニツト１８内のマイクロコ
ンピユータが実行する第１図の実施例に係わる動作を示
すフロー図、 第４図はこの発明の他の実施例の構成を示す機能ブロツ
ク図、 第５図は同じくそれを第２図の電子制御ユニツト１８内
のマイクロコンピユータが実行する場合のフロー図、 第６図はこの発明の作用効果を説明するための線図であ
る。 １…第１の検出手段、２…第２の検出手段、３…状態量
算出手段、４…予測値算出手段、５…修正予測値算出手
段、６…定常状態判定手段、７…予測値選択手段、８…
噴射燃料量算出手段、９…燃料噴射手段、１０…吸気管 １２…圧力センサ、１４…デイストリビユータ １６ａ〜１６ｄ…インジエクタ １８…マイクロコンピユータを内蔵する電子制御ユニツ
ト ２０…イグナイタ、２２…吸気温センサ ２４…スロツトル弁、２６…スロツトルセンサ ２８…水温センサ、３０…酸素センサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料の噴射から機関の燃焼室に噴射燃料が
   到達するまでに所定の遅れが生じる内燃機関の燃料噴射
   制御装置において、 機関の吸入空気量あるいは吸気管内圧力を検出する第１
   の検出手段と、 機関のスロットル開度あるいはアクセル操作量を検出す
   る第２の検出手段と、 スロットル開度あるいはアクセル操作量から吸入空気量
   あるいは吸気管内圧力への伝達特性に基づいて、スロッ
   トル開度あるいはアクセル操作量と吸入空気量あるいは
   吸気管内圧力の検出値とから吸入空気量あるいは吸気管
   内圧力の挙動を表す状態量を算出する状態量算出手段
   と、 算出された状態量と前記伝達特性及びスロットル開度あ
   るいはアクセル操作量の検出値を用いて、噴射燃料が機
   関の燃焼室に到達する時点における吸入空気量あるいは
   吸気管内圧力の予測値を算出する予測値算出手段と、 吸入空気量あるいは吸気管内圧力の検出値または前記状
   態量と前記伝達特性を用いて算出した現時点における吸
   入空気量あるいは吸気管内圧力を、修正予測値として算
   出する修正予測値算出手段と、 機関が所定の定常運転状態にあるか否かを判定する定常
   状態判定手段と、 この判定結果より、機関が所定の定常運転状態にあると
   きには前記修正予測値を選択し、機関が所定の定常運転
   状態にないときには前記予測値を選択する予測値選択手
   段と、 選択された予測値または修正予測値を用いて噴射燃料量
   を算出する噴射燃料量算出手段と、 算出された噴射燃料量を機関の吸気管内に噴射する燃料
   噴射手段と、 を備えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装
   置。