JPH0658078B2 - 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
の燃料噴射を行う装置がある。

〔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など
により機関特性が変化した場合には、上記予測値ｆ(x+
h)が実際に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と大きく違つてしまい、機関の運
転状態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場合に適
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、この発明による内燃機関の燃料噴射制御装置
は、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、特定の条件を検
出する特定条件検出手段と、特定の条件が検出されたと
きに前記算出された予測値と吸入空気量あるいは吸気管
内圧力の検出値との差に応じて前記予測値を修正する予
測値修正手段と、特定の条件が検出されたときに前記予
測値から前記修正された予測値に切り換えて噴射燃料量
を演算する燃料量演算手段と、演算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、を備えるよ
うにした。

〔作用〕

この燃料噴射制御装置によれば、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
値を算出し、その予測値を用いて噴射燃料量を算出す
る。一方、例えばスロットル開度あるいはアクセル操作
量の変化が開始してから所定時間経過したこと、あるい
はスロットル開度あるいはアクセル操作量の変化率と吸
入空気量あるいは吸気管内圧力の変化率がそれぞれある
所定値以下となったこと、若しくは前記予測値算出手段
により算出した予測値の変化率が所定値以下となったこ
と等を特定の条件として検出し、かかる特定の条件が検
出されたときには、前記予測値算出手段により算出した
予測値と、実際の吸入空気量あるいは吸気管内圧力の検
出値と、の差に応じて前記予測値を、予測値修正手段に
より修正する。つまり、予測値算出手段により算出され
る予測値を噴射燃料量の演算に用いるより、予測値修正
手段により修正された予測値を用いる方が噴射された燃
料が燃焼室に到達する時点での実際の吸入空気量あるい
は吸気管内圧力に近くなると推定される場合には、前記
予測値を前記予測値修正手段により修正し、燃料量演算
手段では前記予測値を前記修正された予測値に切り換え
て噴射燃料量を演算する。

そして、このようにして演算された噴射燃料量が、燃料
噴射手段により機関の吸気管内に噴射供給されることと
なる。

したがつて、過渡時においても吸入空気量あるいは吸気
管内圧力の挙動を正確に把握して、噴射燃料が燃焼室へ
入る時点での吸入空気量あるいは吸気管内圧力の値を精
度よく予測でき、経時変化等によつて機関特性が変化し
ても、それによる予測値のずれを修正できるので、噴射
燃料量を常に機関の要求値に応じた最適値に制御するこ
とができ、運転性が悪化するようなことはなくなる。

〔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主として
実行されるが、その機能をブロツク図にして第１図に示
す。

この構成を説明すると、１は状態量算出手段であり、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２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。

特定条件検出手段３は、例えばスロットル開度の変化開
始後の時間経過や、スロットル開度の変化開始後にスロ
ットル開度の変化率と吸気管内圧力の変化率がそれぞれ
ある所定値以下となったこと、若しくはスロットル開度
の変化開始後に前記予測した予測値の変化率が所定値以
下となったこと等を、特定の条件として検出し、その検
出結果を示す信号を予測値修正手段４に出力する。

予測値修正手段４は、予測値算出手段２によつて予測さ
れた予測値ＰＭＰＲと実際の吸気管内圧力ＰＭとから特
定条件検出手段３の検出結果に従って、即ち特定の条件
が検出された場合には予測値ＰＭＰＲを修正して修正予
測値ＰＭＰＲｍを出力する。

燃料量演算手段５は、特定条件検出手段３が前記特定の
条件を検出する以前は、前記予測値算出手段２により算
出された予測値ＰＭＰＲに基づき噴射燃料量を演算する
一方、特定条件検出手段３が前記特定の条件を検出した
際には、つまり予測値算出手段２により算出される予測
値ＰＭＰＲを噴射燃料量の演算に用いるより、予測値修
正手段４により修正された予測値ＰＭＰＲｍを用いる方
が噴射された燃料が燃焼室に到達する時点での実際の吸
気管内圧力ＰＭに近くなると推定される場合には、修正
予測値ＰＭＰＲｍに基づき噴射燃料量を演算し、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。

次に、この第１図の各手段による作用をさらに詳しく説
明する。

状態量算出手段１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。

（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の次の時刻での値で
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）の固有
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２は、この算出値である状態量 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、〔tl/ts+0.5〕はtl/ts+0.5を越えない整数を示
し、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。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。

次に、特定条件検出手段３の作用を説明する。

この特定条件検出手段３は、予測値算出手段２によつて
上述のように予測された予測値ＰＭＰＲを修正するか否
かを判断するものである。その判断方法は、例えばスロ
ツトル開度が変化を開始してから所定時間ｔａ経過する
までは予測値ＰＭＰＲを修正せず、変化を開始してから
所定時間ｔａ経過以降は修正すると判断する。

その他に、例えばスロツトル開度の変化率と吸気管内圧
力の変化率がそれぞれある所定値以下になつた時に修正
を行うと判断し、その他は無修正と判断するようにして
もよい。また、この場合の吸気管内圧力の代りに予測値
ＰＭＰＲを用いることもできる。これらの判断は、結
局、予測値算出手段２により算出される予測値ＰＭＰＲ
を噴射燃料量の演算に用いるより、予測値修正手段４に
より修正された予測値ＰＭＰＲｍを用いる方が、噴射さ
れた燃料が燃焼室に到達する時点での実際の吸気管内圧
力ＰＭに近くなると判断していることになる。

予測値修正手段４による修正方法は具体的には次式で示
されるものである。

PMPRm(k)＝PMPRm(k-1) ＋ｆ・〔PM(k)-PMPR(k)〕… ただし、ｆはゲイン定数であり、ＰＭＰＲｍは修正予測
値を示す。また、このＰＭＰＲｍは時点ｔ_１すなわち修
正開始時点での予測値ＰＭＰＲの値を初期値とする。

このように、過渡初期においては予測値ＰＭＰＲを用
い、スロツトル開度の変化開始から一定時間経過した後
などの特定条件下で、この予測値ＰＭＰＲを該予測値と
実際の吸気管内圧力ＰＭの値との差に応じて修正するこ
とにより、過渡中期以降も適切な混合比を実現できる。

今までの説明では、予測値修正手段４が予測値算出手段
２と別構成になつているものとして説明したが、両者が
一体となつた構成も可能である。

そして、はじめから修正予測値ＰＭＰＲｍを求める場合
は、式に対応して次式を用いて修正予測値を算出す
る。

この式により、前記式と式を用いる場合と同様に
修正予測値ＰＭＰＲｍを算出できる。

ただし、後の例では一度特定の条件を検出するとそれ以
降は修正を続けるものとし、実際のスロツトル開度か吸
気管内圧力のいずれか一方又は両方が変化を開始した場
合には、修正を中止するものとする。

次に、この予測値修正の作用効果について第３図によつ
て説明する。

時点ｔ_０でスロツトル開度が変化を開始すると、吸気管
内圧力は点Ａから実線で示すように変化する。したがつ
て、予測値ＰＭＰＲは同図に１点鎖線（ＡＫＣ′ＥＧ）
で示すように求まり、スロツトル開度変化の直後から正
確に予測する。

しかし、経時変化や機関の動作点の変化などにより機関
の特性が変化し、吸気管内圧力が同図に破線で示すよう
になつたとすれば、予測すべき値（予測目標値）は同図
に点線（ＡＫＢ′ＤＦ）で示すように変化する。

ここで、スロツトル開度変化直後の予測値（ＡＫＣ′Ｅ
Ｇ）は、この予測目標値に近い値を示している。しか
し、時間と共に誤差が大きくなるので、これを修正する
ためにこの予測値と実際の吸気管内圧力ＰＭとの差に応
じて、前述の特定条件判断結果により、第３図の点Ｅか
ら予測値を修正し、一点鎖線（ＡＫＣ′ＥＨ）で示すよ
うな修正予測値を出力する。

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４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なわれる
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)が行なわれる計
算周期がｔｓである。

まず、第４図(a)の定時間割込ルーチンにおいては、ス
テツプ１でタイマをインクリメントし、次に、ステツプ
２でスロツトル開度ＴＨと吸気管内圧力ＰＭを読み込
み、基準値ＴＨｉ，ＰＭｉとの差ΔＴＨ，ΔＰＭを求め
て第２図のＲＡＭ１８ｄに記憶する。

そして、ステツプ３で前述のように状態量を推定算出
し、ステツプ４でスロツトル開度が変化を開始したか否
かを判断して、開始した場合はステツプ５へ進み、開始
していない場合はステツプ６へ進む。ステツプ５ではタ
イマを初期化してからステツプ６へ進む。

ステツプ６では、前述のように予測計算を行つて予測値
ＰＭＰＲを算出し、ステツプ７へ進む。

ステツプ７ではタイマの値をみて、スロツトル開度が変
化してから所定時間ｔａ以上経過したか否かを判断し、
経過している（タイマ＞ｔａ）ときはステツプ９に進
み、タイマの値が時間ｔａ以下の場合にはステツプ８に
進む。

ステツプ８では、修正予測出力ＰＭＰＲｍを予測値ＰＭ
ＰＲのままとして終る。ステツプ９では修正予測出力の
計算を行い、ＰＭＰＲｍを算出して終る。

一方、第４図(b)の１８０°ＣＡ割込ルーチンでは、ス
テツプ１１で修正予測値ＰＭＰＲｍを読み出し、ステツ
プ１２でこの修正予測値ＰＭＰＲｍとエンジン回転数Ｎ
Ｅから、 ＴＰ＝ｇ（ＮＥ，ＰＭＰＲｍ） のテーブルを用いる方法等によつて基本噴射パルス幅Ｔ
Ｐを求める。

そして、ステツプ１３でこのＴＰを水温などによる各種
補正をして実際の最終噴射パルス幅Ｔｉを出力し、第２
図のインジエクタ１６ａ〜１６ｄを個別に駆動する。

以上の実施例は、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用いた場合の例であ
るが、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用いて
もよいことは勿論である。

さらに、特定条件検出手段３が検出する特定の条件は、
前述したように、スロツトル開度あるいはアクセル操作
量の変化率と吸入空気量あるいは吸気管内圧力の変化率
がそれぞれ所定値以下になつたときに行うようにしても
よい。

あるいはまた、予測値の修正を予測値の変化率とスロツ
トル開度あるいはアクセル操作量の変化率がそれぞれ所
定以下になつた時に行うようにしてもよい。

〔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の予測値を算出し、
その予測値を用いて燃料噴射量を算出するようにしたの
で、過渡時においても吸入空気量あるいは吸気管内圧力
の挙動を正確に把握して燃料が燃焼室へ入る時点での吸
入空気量あるいは吸気管内圧力の値を精度よく予測で
き、常に燃料噴射料量を最適に制御することができる。

また、上記予測値を該予測値と実際の吸入空気量あるい
は吸気管内圧力との差に応じて、特定の条件下で修正す
るようにしたので、経時変化や運転状態の変化などによ
り機関特性が変化したような場合にも、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正
確に予測して噴射燃料量を計算することができ、運転性
が悪化するようなことがなくなる。

【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図はこの実施例の作用説明に供する線図、 第４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この発明に係わる動作を示すフロ
ー図である。 １…状態量算出手段、２…予測値算出手段 ３…特定条件検出手段、４…予測値修正手段 ５…燃料量演算手段、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、 特定の条件を検出する特定条件検出手段と、 特定の条件が検出されたときに、前記算出された予測値
   と吸入空気量あるいは吸気管内圧力の検出値との差に応
   じて前記予測値を修正する予測値修正手段と、 特定の条件が検出されたときに、前記予測値から前記修
   正された予測値に切り換えて噴射燃料量を演算する燃料
   量演算手段と、 演算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、 を備えたことを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装
   置。