JPH0842380A - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 流体力学モデルに基づき、機関回転数とスロ
ットル開度の１次遅れ値から疑似吸気圧力を求めてスロ
ットルの有効開口面積を求め、それと定常運転状態の燃
料噴射量とから燃料噴射量を決定するもので、疑似吸気
圧力を気圧などの運転状態で補正する。 【効果】 疑似吸気圧力の推定精度が向上し、スロット
ルの有効開口面積を一層精度良く求めることができ、燃
料噴射量を一層的確に決定することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は内燃機関の燃料噴射制
御装置に関し、より具体的には流体力学モデルを用いつ
つその演算を簡略化して過渡運転状態を含む全ての運転
状態にわたって最適に燃料噴射量を決定できるようにし
たものに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の燃料噴射制御装置において、燃料
噴射量は、基本的にシリンダ流入空気量と相関の高いパ
ラメータを用いて予め実験により作成してマイクロコン
ピュータのメモリに格納しておいたマップを検索して決
定されていた。その結果、マップ作成時に考慮されてい
なかったパラメータの変化に対しては全く無力であっ
た。また、マップは定常運転状態のみを対象に作成され
ており、そこでは過渡運転状態が表現されていないた
め、過渡時の燃料噴射量は正確に求めることができなか
った。そのため、近年吸気系に流体力学モデルを適用
し、モデル式によって正しいシリンダ流入空気量を推定
する手段が提案されている。その一例としては、特開平
２−１５７４５１号公報記載の技術ないしは米国特許第
４，４４６，５２３号公報記載の技術を挙げることがで
きる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】また、本出願人も先に
特願平４−２００３３０号において流体力学モデルを用
い、スロットル弁をオリフィスと見なしスロットル弁前
後の圧力から絞り式流量計の原理式を用いてスロットル
通過空気量を求めてシリンダ流入空気量を算出する手法
を提案しているが、このような流体力学モデルはあくま
でも理想状態を前提としており、様々な仮定を必要とす
るため、モデル化誤差を拭いきることはできない。また
モデルで用いる比熱比など、各種の定数を正確に知るこ
とは困難であり、それら定数の誤差が累積する不都合も
ある。更に、流体力学の式はべき乗、平方根などの計算
を必要とし、実用上は近似値を用いることから、それに
よっても誤差が生じるなどの問題点もある。

【０００４】そこで本出願人は先に特願平４−３０６０
８６号および特願平５−１８６８５０号（その国内優先
権主張出願）において、定常運転状態と過渡運転状態と
の相違をスロットルの有効開口面積の相違として把握す
ることにより、流体力学モデルを前提としながらも複雑
な演算を必要とせずにモデル式の誤差を吸収すると共
に、機関運転の過渡状態を含む全ての運転状態において
燃料噴射量を最適に決定するようにした内燃機関の燃料
噴射制御装置を提供している。

【０００５】更には、特願平５−２０８８３５号におい
て、その改良技術を提案している。そこでは、機関回転
数が一定であるとき、スロットル開度と吸気圧力とが定
常時には一対一の関係にあり、過渡運転状態においても
吸気圧力はスロットル開度の１次遅れ値で把握できるこ
とに着目し、機関回転数とスロットル開度の１次遅れ値
から疑似的な吸気圧力に相当する値を推定し、それから
過渡運転状態のスロットルの有効開口面積を求める技術
を提案している。

【０００６】この発明の目的は先に提案した技術を更に
改良することにあり、その疑似吸気圧力の推定精度を向
上させて過渡運転状態を含むあらゆる運転状態において
一層最適に燃料噴射量を決定できるようにした内燃機関
の燃料噴射制御装置を提供することにある。

【０００７】より具体的には、マップ作成時に予定した
特性と異なる運転環境においても最適に燃料噴射量を決
定できるようにした内燃機関の燃料噴射制御装置を提供
することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を解決するた
めに本発明は請求項１項に示す如く、機関吸気路に設け
られたスロットルを通過する空気量の挙動を記述する流
体力学モデルに基づいて機関に吸入される空気量を求め
て機関燃焼室に供給すべき燃料噴射量を決定する内燃機
関の燃料噴射制御装置であって、少なくとも機関回転
数、吸気圧力、およびスロットル開度を含む機関の運転
状態を検出する第１の手段、少なくとも検出された機関
回転数と吸気圧力とから定常運転状態時の燃料噴射量Ｔ
imapを求める第２の手段、少なくとも検出された機関回
転数とスロットル開度とから予め設定された特性に従っ
て疑似吸気圧力Ｐｂハットを求め、その値Ｐｂハットか
ら流量係数Ｃを求める第３の手段、検出されたスロット
ル開度からスロットルの投影面積Ｓを求め、その値Ｓと
前記流量係数Ｃとからスロットルの有効開口面積Ａを求
める第４の手段、求めたスロットルの有効開口面積Ａと
前記定常運転状態時の燃料噴射量Ｔimapとから過渡運転
状態時の出力燃料噴射量Ｔout を求める第５の手段、お
よび、求めた出力燃料噴射量Ｔout に基づいてインジェ
クタを駆動する第６の手段、とを備えると共に、前記第
３の手段は、前記疑似吸気圧力Ｐｂハットを運転状態に
応じて補正する如く構成した。

【０００９】請求項２項にあっては、機関吸気路に設け
られたスロットルを通過する空気量の挙動を記述する流
体力学モデルに基づいて機関に吸入される空気量を求め
て機関燃焼室に供給すべき燃料噴射量を決定する内燃機
関の燃料噴射制御装置であって、該内燃機関のバルブタ
イミングを運転状態に応じて複数のタイミング特性の間
で切り換える手段を備えるものであって、少なくとも機
関回転数、吸気圧力、およびスロットル開度を含む機関
の運転状態を検出する第１の手段、少なくとも検出され
た機関回転数と吸気圧力とから定常運転状態時の燃料噴
射量Ｔimapを求める第２の手段、少なくとも検出された
機関回転数とスロットル開度とから予め設定された特性
に従って疑似吸気圧力Ｐｂハットを求め、その値Ｐｂハ
ットから流量係数Ｃを求める第３の手段、検出されたス
ロットル開度からスロットルの投影面積Ｓを求め、その
値Ｓと前記流量係数Ｃとからスロットルの有効開口面積
Ａを求める第４の手段、求めたスロットルの有効開口面
積Ａと前記定常運転状態時の燃料噴射量Ｔimapとから過
渡運転状態時の出力燃料噴射量Ｔout を求める第５の手
段、および、求めた出力燃料噴射量Ｔout に基づいてイ
ンジェクタを駆動する第６の手段、とを備えると共に、
前記第３の手段は、前記バルブタイミングの複数のタイ
ミング特性に応じて予め別々に設定された特性に従って
前記疑似吸気圧力Ｐｂハットを求め、求めた値Ｐｂハッ
トを運転状態に応じて補正する如く構成した。

【００１０】請求項３項記載の装置にあっては、前記第
１の手段は前記機関が位置する地の気圧を検出し、前記
第３の手段は、検出されたスロットル開度が、予め機関
回転数ごとに設定された臨界開度を超えるときは、その
臨界開度に制限すると共に、その臨界開度を検出された
気圧に応じて修正する如く構成した。

【００１１】請求項４項記載の装置にあっては、前記第
３の手段は、前記スロットルを通過せずに機関燃焼室に
吸入される空気量を推定する手段を備え、推定値に基づ
いて前記疑似吸気圧力Ｐｂハットを補正する如く構成し
た。

【００１２】

【作用】請求項１項にあっては、疑似吸気圧力Ｐｂハッ
トを運転状態に応じて補正する如く構成したので、疑似
吸気圧力Ｐｂハットの推定精度が向上し、スロットルの
有効開口面積を一層精度良く求めることができ、過渡運
転状態を含む全ての運転状態において燃料噴射量を一層
最適に決定することできる。ここで、運転状態は、気
圧、機関冷却水温、排気還流動作のいずれか、またその
一部を意味する。

【００１３】請求項２項にあっては、バルブタイミング
の複数のタイミング特性に応じて予め別々に設定された
特性に従って疑似吸気圧力Ｐｂハットを求め、求めた値
Ｐｂハットを運転状態に応じて補正する如く構成したの
で、可変バルブタイミング機構を備えた内燃機関におい
ても、疑似吸気圧力Ｐｂハットの推定精度が向上し、ス
ロットルの有効開口面積を一層精度良く求めることがで
き、過渡運転状態を含む全ての運転状態において燃料噴
射量を一層最適に決定することができる。ここで、運転
状態は、気圧、機関冷却水温、排気還流動作のいずれ
か、またその一部を意味する。

【００１４】請求項３項にあっては、機関が位置する地
の気圧を検出し、検出されたスロットル開度が、予め機
関回転数ごとに設定された臨界開度を超えるときは、そ
の臨界開度に制限すると共に、その臨界開度を検出され
た気圧に応じて修正する如く構成したので、請求項１項
または２項と同様の作用、効果を奏する。

【００１５】請求項４項にあっては、スロットルを通過
せずに機関燃焼室に吸入される空気量を推定する手段を
備え、推定値に基づいて前記疑似吸気圧力Ｐｂハットを
補正する如く構成したので、排気還流機構を備えた内燃
機関においても、疑似吸気圧力Ｐｂハットの推定精度が
向上し、スロットルの有効開口面積を一層精度良く求め
ることができ、過渡運転状態を含む全ての運転状態にお
いて燃料噴射量を一層最適に決定することできる

【００１６】

【実施例】以下、添付図面を参照してこの発明の実施例
を説明する。

【００１７】図１はこの発明に係る内燃機関の燃料噴射
制御装置を全体的に示す概略図である。図において、符
号１０は４気筒の内燃機関を示しており、吸気路１２の
先端に配置されたエアクリーナ１４から導入された吸気
は、スロットル弁１６でその流量を調節されつつサージ
タンク（チャンバ）１８とインテークマニホルド２０を
経て第１〜第４気筒に流入される。各気筒の吸気弁（図
示せず）の付近にはインジェクタ２２が設けられて燃料
を噴射する。

【００１８】噴射され吸気と一体となった混合気は各気
筒内で図示しない点火プラグで点火されて燃焼してピス
トン（図示せず）を駆動する。燃焼後の排気ガスは排気
弁（図示せず）を介してエキゾーストマニホルド２４に
排出され、エキゾーストパイプ２６を経て三元触媒コン
バータ２８で浄化されて機関外に排出される。また、吸
気路１２には、スロットル弁配置位置付近に、それをバ
イパスするバイパス路３０が設けられる。

【００１９】また内燃機関１０のディストリビュータ
（図示せず）内にはピストン（図示せず）のクランク角
度位置を検出するクランク角センサ３４が設けられると
共に、スロットル弁１６の開度θTHを検出するスロット
ル開度センサ３６、スロットル弁１６下流の吸気圧力Ｐ
b を絶対圧力で検出する吸気圧センサ３８も設けられ
る。またスロットル弁１６の上流側には、気圧（大気
圧）Ｐa を検出する気圧センサ４０、吸入空気の温度Ｔ
a を検出する吸気温センサ４２、機関冷却水温度を検出
する水温センサ４４が設けられる。更に、排気系におい
てエキゾーストマニホルド２４の下流側で三元触媒コン
バータ２８の上流側には酸素濃度検出素子からなる広域
空燃比センサ４６が設けられ、排気ガスの空燃比を検出
する。これらセンサ３４などの出力は、制御ユニット５
０に送られる。

【００２０】図２は制御ユニット５０の詳細を示すブロ
ック図である。広域空燃比センサ４６の出力は検出回路
５２に入力され、そこで適宜な線形化処理が行われて理
論空燃比を中心としてリーンからリッチにわたる広い範
囲において排気ガス中の酸素濃度に比例したリニアな特
性からなる空燃比Ａ／Ｆが検出される。検出回路５２の
出力はＡ／Ｄ変換回路５４を介してＣＰＵ５６，ＲＯＭ
５８，ＲＡＭ６０からなるマイクロ・コンピュータ内に
取り込まれ、ＲＡＭ６０に格納される。

【００２１】同様にスロットル開度センサ３６などのア
ナログ出力はレベル変換回路６２、マルチプレクサ６４
及び第２のＡ／Ｄ変換回路６６を介して、またクランク
角センサ３４の出力は波形整形回路６８で波形整形され
た後、カウンタ７０で出力値がカウントされ、カウント
値はマイクロ・コンピュータ内に入力される。マイクロ
・コンピュータにおいてＣＰＵ５６はＲＯＭ５８に格納
された命令に従って後述の如く制御値を演算し、駆動回
路７２を介して各気筒のインジェクタ２２を駆動すると
共に、図示しない駆動回路を介して電磁弁７４を駆動
し、図１に示したバイパス路３０を通る２次空気量を制
御する。

【００２２】図３は制御装置の動作を示すフロー・チャ
ートであり、図４は図３フロー・チャートの演算を説明
するブロック図であるが、同図を参照して説明する前
に、この発明が前提とする流体力学モデルによってスロ
ットル通過空気量およびシリンダ流入空気量を推定する
手法について述べる。尚、その詳細は先に提案した技術
に述べられているので、以下簡単に説明する。

【００２３】先ず、図５の吸気系モデルに示すように、
スロットル（弁）をオリフィスとみなすと、数１に示す
ベルヌーイの式、数２に示す連続の式、数３に示す断熱
変化の関係式より、数４に示す絞り式流量計などで使用
される圧縮性流体についての流量の計算式を導出でき
る。数４式を書き直すと数５式のようになるが、それを
用いて単位時間当たりのスロットル通過空気量Ｇthを求
めることができる。

【００２４】

【数１】

【００２５】

【数２】

【００２６】

【数３】

【００２７】

【数４】

【００２８】

【数５】

【００２９】即ち、図６に示すように、スロットル開度
θTHから予め設定した特性に従ってスロットルの投影面
積（吸気管長手方向へのスロットルの投影面積）Ｓを求
める。他方、図７に示すようにスロットル開度θTHと吸
気圧力Ｐｂについて予め設定した別の特性に従って係数
Ｃ（流量係数αと気体の膨張補正係数εの積）を求め、
両者を乗じてスロットルの有効開口面積Ａを求める。そ
の値に、数５式に示すように、スロットル上流側空気密
度ρ₁ およびスロットル上下流圧力Ｐ₁ ，Ｐ₂（気圧Ｐ
ａおよび吸気圧力Ｐｂで代用）などを含む式中の平方根
の値を乗じることで、スロットル通過空気量Ｇthを求め
ることができる。尚、いわゆるスロットル全開領域では
スロットルが絞りとして機能しなくなるため、機関回転
数ごとにスロットル全開領域を臨界値として求めてお
き、検出したスロットル開度がそれを超えたときは、臨
界値をスロットル開度とする。また、これについては気
圧補正を行うが、それは後述する。

【００３０】次いで、気体の状態方程式に基づく数６に
示す式からチャンバ内空気量Ｇb を求め、チャンバ圧力
変化ΔＰから数７の式に従って今回チャンバに充填され
た空気量ΔＧb を求める。今回チャンバに充填された空
気量は当然ながら気筒燃焼室に吸入されないものとすれ
ば、単位時間ΔＴ当たりの気筒吸入空気量Ｇc は、数８
に示す式のように表すことができる。尚、ここで「チャ
ンバ」は、いわゆるサージタンク相当部位のみならず、
スロットル下流から吸気ポートに至る間の全ての部位を
意味する。また「チャンバ」は、実際にチャンバとして
働く実効容積を意味する。

【００３１】

【数６】

【００３２】

【数７】

【００３３】

【数８】

【００３４】他方、前記したＲＯＭ５８には図８にその
特性を示す様に、定常運転状態時の燃料噴射量Ｔimap
を、いわゆるスピードデンシティ方式に基づいて機関回
転数Ｎe と吸気圧力Ｐb とから検索できるように予め設
定してマップ化して格納しておく。また、そこで燃料噴
射量Ｔimapは機関回転数Ｎe と吸気圧力Ｐb に応じて決
定される目標空燃比（Ａ／Ｆ）に応じて設定されること
から、後で述べる補正燃料噴射量ΔＴi の算出のため
に、図９にその特性を示すように目標空燃比（Ａ／Ｆ）
も機関回転数Ｎｅと吸気圧力Ｐｂとから検索自在に予め
マップ化して格納しておく。尚、燃料噴射量Ｔimapは前
記した流体力学モデルを定常運転状態において満足する
ように設定すると共に、直接的にはインジェクタ２２の
開弁時間を単位として設定する。

【００３５】ここで、そのマップを検索して得られる燃
料噴射量Ｔimapと前記したスロットル通過空気量Ｇthと
の関係に着目すると、定常運転状態時のある条件下（機
関回転数Ｎe1と吸気圧力Ｐb1によって規定する）におい
て、マップ検索によって決定した燃料噴射量Ｔimap1 は
数９に示す通りとなる。

【００３６】

【数９】

【００３７】このとき、流体力学モデルに基づいて決定
した燃料噴射量Ｔimap1 ダッシュは、目標空燃比を理論
空燃比（１４．７：１）とするとき、数１０に示すよう
になる。尚、この明細書で「ダッシュ」は、流体力学モ
デル式に基づいて得られる理論値を示す。また、各パラ
メータの添字1 は定常運転状態時の具体的な数値を、ま
た後で使用する添字2 は過渡運転状態時の具体的な数値
を意味する。

【００３８】

【数１０】

【００３９】ここで、先に述べたようにマップ値がモデ
ル式を満足するように作成されているとすれば、マップ
検索で得た燃料噴射量Ｔimap1 と流体力学モデルに基づ
いて決定された燃料噴射量Ｔimap1 ダッシュとは一致す
る。次に、過渡運転状態時の同一条件下（Ｎe1, Ｐb1)
において、マップ検索値を求めると、それは数１１に示
すように定常運転状態時のそれと同一になる。尚、この
明細書で「過渡運転状態」とは図１０に示す如く、定常
運転状態から定常運転状態に至るまでの過渡的な運転状
態を言う。

【００４０】

【数１１】

【００４１】このとき、流体力学モデルに基づいて決定
される燃料噴射量Ｔimap2 ダッシュは数１２に示すよう
になり、それとマップ検索して得た値Ｔimap1 とは一致
しない。従って、その不一致を解消するためには、流体
力学モデルに基づく複雑な演算を必要とする。

【００４２】

【数１２】

【００４３】しかし、ここで数１０に示す定常運転状態
時のスロットル通過空気量Ｇth1 と数１２に示す過渡運
転状態時のスロットル通過空気量Ｇth2 とを比較する
と、スロットルの有効開口面積Ａのみが異なることに気
づく。従って、過渡運転状態時のスロットル通過空気量
Ｇth2 は数１３のように表すことができる。即ち、定常
運転状態時のスロットル通過空気量Ｇth１とスロットル
の有効開口面積Ａ１，Ａ２の比によって過渡運転状態時
のスロットル通過空気量Ｇth２を求めることができる。

【００４４】

【数１３】

【００４５】一方、定常運転状態時のＧth1 は数１４に
示すようにマップ検索値Ｔimap1 より求めることができ
るので、過渡運転状態時のスロットル通過空気量Ｇth2
は、数１５のように求めることができる。従って、数１
２と数１５とから、過渡運転状態時の燃料噴射量Ｔi2ダ
ッシュは数１６に示す如く、マップ検索値Ｔimap1 とス
ロットルの有効開口面積の比Ａ2/Ａ1 とチャンバ充填空
気量ΔＧb2に対応する補正燃料噴射量ΔＴi とにより求
めることができる。

【００４６】

【数１４】

【００４７】

【数１５】

【００４８】

【数１６】

【００４９】そこで、定常運転状態時の燃料噴射量Ｔim
apに加えて、定常運転状態時のスロットルの有効開口面
積Ａ１も図１１にその特性を示すように機関回転数Ｎｅ
と吸気圧力Ｐｂとから検索できるように予めマップして
おくと共に、補正燃料噴射量ΔＴi も図１２にその特性
を示すように吸気圧力変化ΔＰｂ（吸気圧力Ｐｂの前回
検出値と今回検出値の差分値）と目標空燃比（Ａ／Ｆ）
（燃料噴射量Ｔimapが基礎としたものを図９のマップか
ら検索して対応づける）とから検索できるようにマップ
化しておく。

【００５０】そして、現在のスロットル有効開口面積Ａ
を求め、マップ検索で得たスロットル有効開口面積Ａ１
との比Ａ／Ａ１を求めて燃料噴射量Ｔimapに乗じ、次い
で補正燃料噴射量ΔＴi を減算すれば出力燃料噴射量Ｔ
out を求めることができる。吸気圧力の変化しない定常
運転状態時では出力燃料噴射量Ｔout は数１７式のよう
になり、マップ検索値Ｔimapをそのまま出力値とするこ
とになり、過渡運転状態時では数１８式のように決定さ
れることになる。

【００５１】それによって、過渡運転状態にあっても定
常運転状態にあっても同様の式から出力燃料噴射量を決
定することができて、制御の連続性が確保される筈であ
る。また、定常運転状態にあるにもかかわらず、マップ
検索で得たスロットルの有効開口面積Ａ１と現在のスロ
ットルの有効開口面積Ａとが一致しないときは、出力燃
料噴射量Ｔout は数１９に示すように決定されるので、
その不一致の原因たるマップのバラツキや経年変化など
を自動的に補正できることになる。

【００５２】

【数１７】

【００５３】

【数１８】

【００５４】

【数１９】

【００５５】しかしながら、シミュレーションを通じて
検証したところ、実際には定常運転状態時に有効開口面
積ＡとＡ１とは等しくならず、比Ａ／Ａ１は" １" とな
らなかった。また、チャンバ充填空気量ΔＧb はスロッ
トル通過空気量の増加に伴って発生する性質のものであ
るが、チャンバ充填空気量ΔＧb の挙動を計測したとこ
ろ、それが吸入空気量に反映されるのに遅れがあること
も判明した。これらの要因としては、吸気圧力Ｐｂとス
ロットル開度θTHを検出するセンサ３６，３８の検出タ
イミングが同一ではないこと、およびセンサ３６，３
８、特に吸気圧センサ３８に検出遅れがあることなどが
考えられる。

【００５６】そこで、スロットル開度θTHと吸気圧力Ｐ
ｂとの関係に着目すると、水温、気圧などが同様の機関
環境において機関回転数が一定であれば、定常運転状態
時にはスロットル開度θTHと吸気圧力Ｐｂとは一対一の
関係にあり、図１０に示す過渡運転状態時においても吸
気圧力Ｐｂはスロットル開度θTHの変化に対して１次遅
れの関係にあると考えられる。そこで、スロットル開度
θTHの１次遅れ値を求め（以下「θTH-D」と呼ぶ）、そ
の値と機関回転数Ｎｅとから予め定めた特性に従って求
めた値を疑似的な吸気圧力（以下「疑似吸気圧力Ｐｂハ
ット」と呼ぶ）とする。これによって検出タイミングの
ズレや吸気圧力センサの検出遅れを解消することができ
る。具体的には図４および後で図１６に示すように、疑
似吸気圧力Ｐｂハットは、予め定めた特性に従ってスロ
ットル開度の１次遅れ値θTH-Dと機関回転数Ｎｅとから
求める。

【００５７】更に、スロットルの有効開口面積の挙動を
考察したところ、設定有効開口面積Ａ１は、現在の有効
開口面積Ａの１次遅れとして把握できるのではないかと
推定され、シミュレーションを通じて検証したところ、
図１３に示すように、それを確認することができた。即
ち、Ａの１次遅れを「ＡDELAY 」と呼ぶと、Ａ２／Ａ１
とＡ／ＡDELAY においてＡ２とＡとが同一とするとＡ１
とＡDELAY との比較となるが、図１３の拡大部Ｍに示す
如く、吸気圧センサ３８の検出遅れによりＡ１の立ち上
がりに遅れが生じているのに対し、ＡDELAY はＡ２
（Ａ）に比較的忠実に追随しているのが見て取れよう。

【００５８】従って、比Ａ／Ａ１に代えて、比Ａ／「そ
の１次遅れ」を用いることとする。図１０に関して先に
述べた如く、過渡運転状態ではスロットルが開かれた瞬
間、スロットル前後の差圧が大きいため、スロットル通
過空気量が一気に流れ、次第に定常状態に落ちつくが、
その過渡運転状態のスロットル通過空気量Ｇthを、この
比Ａ／ＡDELAY で表現できると考えた。この比は、図１
４下部に示すように、定常運転状態時では一致して１と
なる。以下、この比を「RATIO-A 」と呼ぶ。

【００５９】更に、スロットルの有効開口面積とスロッ
トル開度θTHとの関係に着目すると、数５式に示したよ
うに、有効開口面積はスロットル開度に大きく依存する
ことから、図１４に示す如く、有効開口面積はスロット
ル開度の変化にほぼ追随して変化する筈である。そうで
あれば、前記したスロットル開度の１次遅れ値は、現象
的には有効開口面積の１次遅れにほぼ等価的に対応する
筈である。そこで、図４に示すように、スロットル開度
の１次遅れ値から有効開口面積（１次遅れ値）ＡDELAY
を算出するようにした（尚、図４において（１−Ｂ）／
（ｚ−Ｂ）は離散系の伝達関数で１次遅れを意味す
る）。

【００６０】即ち、スロットル開度θTHから予め設定し
た特性に従ってスロットル投影面積Ｓを求めると共に、
スロットル開度１次遅れ値θTH-Dと疑似吸気圧力Ｐｂハ
ットとから図７に示した如き特性に従って係数Ｃを求
め、次いで両者の積を求めて有効開口面積（１次遅れ
値）ＡDELAY を算出するようにした。このように、図４
において、スロットル開度の１次遅れ値θTH-Dは、一つ
には有効開口面積（１次遅れ値）ＡDELAY を、二つには
吸気圧力の疑似値Ｐｂハットを求めるために使用する。
更に、チャンバ充填空気量ΔＧb の吸入空気量への反映
遅れを解消するために、値ΔＧb の１次遅れも用いるこ
ととした。

【００６１】以上を前提として、図３フロー・チャート
を参照してこの制御装置の動作を説明する。

【００６２】先ずＳ１０において検出した機関回転数Ｎ
ｅ、吸気圧力Ｐb 、スロットル開度θTH、気圧Ｐａ、機
関冷却水温Ｔｗなどを読み込む。尚、スロットル開度θ
THは、アイドル運転状態のスロットル全閉開度を学習
し、その値を用いる。

【００６３】続いて、Ｓ１２に進んで機関がクランキン
グ（始動）中か否か判断し、否定されるときはＳ１４に
進んでフューエルカットか否か判断し、同様に否定され
るときはＳ１６に進み、機関回転数Ｎｅと吸気圧力Ｐｂ
とからＲＯＭ５８に格納した図８にその特性を示すマッ
プを検索して定常運転状態時の燃料噴射量Ｔimapを求め
る。尚、求めた燃料噴射量Ｔimapには次いで気圧補正な
どを必要に応じて適宜加えるが、その補正自体はこの発
明の要旨とするところではないので、詳細な説明を省略
する。次いでＳ１８に進んで検出したスロットル開度の
１次遅れ値θTH-Dを演算し、Ｓ２０に進んで疑似吸気圧
力Ｐｂハットを算出する。

【００６４】図１５はその作業を示すサブルーチン・フ
ロー・チャートであり、同図に従って説明すると、先ず
Ｓ１００で機関回転数Ｎｅとスロットル開度１次遅れ値
θTH-Dよりマップ（図１６にその特性を示す）を検索し
て疑似吸気圧力Ｐｂハットを検索し、Ｓ１０２に進んで
検出した気圧Ｐａに応じて検索値Ｐｂハットを補正す
る。

【００６５】即ち、図１６に示すマップ特性は、暖気完
了状態（例えば８０°Ｃ以上）で、平地（標準大気圧７
６０ｍｍＨｇ０°Ｃ付近）、常温（例えば２５°Ｃ）の
条件で設定する。尚、前述の如く、機関回転数Ｎｅを一
定とするとスロットル全開領域ではスロットルが絞りと
して機能しなくなるため、疑似吸気圧力Ｐｂハットは、
機関回転数Ｎｅごとに定めたスロットル１次遅れ値を検
索することで行う。

【００６６】ところで、図１７に示すように、機関が位
置する地の高度が大きくなると、気圧Ｐａは減少する。
例えば図示の如く気圧Ｐａが低くなると、平地の場合に
比して小さいスロットル開度で全開開度（臨界開度）に
飽和する。即ち、同一のスロットル開度θTHであって
も、機関が位置する地の気圧によって、当該スロットル
開度に対応する吸気圧力Ｐｂは異なる。その結果、図１
６に示す特性において、疑似吸気圧力Ｐｂハットの値
は、気圧によって一様ではないことになる。従って、Ｓ
１０２では予め求めた特性に基づき、機関が位置する地
の気圧に応じてマップ検索して得た疑似吸気圧力Ｐｂハ
ットを補正するようにした。

【００６７】続いてＳ１０４に進み、検出した機関冷却
水温Ｔｗに応じて疑似吸気圧力Ｐｂハットを更に補正す
る。これは今述べたように、マップが暖機完了状態を前
提として設定していることから、暖機が完了していない
場合、即ち、機関冷却水温が低い場合はフリクションが
大きくなって機関の正味出力がマップが前提とする出力
より小さいためである。

【００６８】図４においてこの部位に相当するブロック
１００を詳細なブロック図で示すと、図１８のようにな
る（マップ検索値をＰｂハット-Base 、気圧補正値をＰ
ｂハット- Ｐａ値、水温補正値をＰｂハット-Finalと示
す）。尚、上記したスロットルの全開開度（臨界値）を
気圧に応じて補正することは図４のブロック１００に止
まるものではなく、スロットル開度を用いてマップ検索
を行う全ての部位についても行う。即ち、図４において
スロットル開度θTHと疑似吸気圧力Ｐｂハットとから流
量係数Ｃを求め、投影面積Ｓに乗じて有効開口面積Ａを
算出する場合、および、スロットル開度１次遅れ値θTH
-Dと疑似吸気圧力Ｐｂハットとから同様にスロットルの
有効開口面積の１次遅れ値ＡDELAY を求める場合につい
ても行う。

【００６９】図３フロー・チャートに戻ると、Ｓ２２に
進んでスロットル開度θTHと疑似吸気圧力Ｐｂハットよ
り現在のスロットルの有効開口面積Ａを算出する。次い
でＳ２４に進んでスロットル開度１次遅れ値θTH-Dと疑
似吸気圧力Ｐｂハットよりスロットルの有効開口面積の
１次遅れ値ＡDELAY を算出する。

【００７０】次いで、Ｓ２６に進んでRATIO-A を図示の
如く算出する。尚、値ＡBYPASSは、バイパス路３０など
スロットル弁１６を通過しないで燃焼室に吸入される空
気量（図４に「リフト量」として示す）を意味し、正確
に燃料噴射量を決定するためにはこの空気量をも勘案す
る必要があるため、それに対応する値を所定の特性に従
ってスロットル開度ＡBYPASSに換算して求めておいて有
効開口面積Ａに加算すると共に、その和（Ａ＋ＡBYPAS
S）とその１次近似値（「（Ａ＋ＡBYPASS）DELAY 」と
呼ぶ) の比を求め、それをRATIO-A とする。

【００７１】このように、分子、分母の双方に加算する
結果、スロットル弁を通過しないで燃焼室に吸入される
空気量の計測に誤りがあっても、決定される燃料噴射量
への影響度が小さくなる。尚、加算スロットル開度は、
疑似吸気圧力Ｐｂハットなどにも反映される。続いて、
Ｓ２８に進んで燃料噴射量ＴimapにRATIO-A を乗じてス
ロットル通過空気量に相当する燃料噴射量ＴTHを算出す
る。

【００７２】次いでＳ３０に進んで疑似吸気圧力Ｐｂハ
ットについて今回算出値 (Ｐｂハット(k))と前回算出値
(Ｐｂハット(k-1))の差を算出してその変化量ΔＰｂハ
ットを求め、Ｓ３２に進んで気体の状態式に基づいてチ
ャンバ充填空気量ΔＧb を求め、Ｓ３４に進んでそのな
まし値、即ち、その１次遅れ値ΔＧb-D を算出し、Ｓ３
６に進んで１次遅れＧb-D と目標空燃比より、図示はし
ないが図１２に示すものに類似の特性を検索して補正燃
料噴射量ΔＴi を検索する。

【００７３】次いでＳ３８に進み、検索値に係数ｋtaを
乗じて吸気温補正を行う。これは言うまでもなく、気体
の状態式（数６式）を用いるためである。

【００７４】続いて、Ｓ４０に進んでスロットル通過空
気量相当燃料噴射量ＴTHから補正燃料噴射量ΔＴi を減
算して出力燃料噴射量Ｔout を算出し、Ｓ４２に進んで
算出された値に基づいてインジェクタ２２を駆動する。
尚、出力燃料噴射量Ｔout にも電圧補正などを適宜加え
るが、それもこの発明の要旨とは直接の関係を有しない
ので、説明を省略する。

【００７５】尚、Ｓ１２でクランキング中と判断された
ときはＳ４４に進んで水温Ｔw から所定のテーブル（図
示省略）を検索してクランキング時の燃料噴射量Ｔicr
を算出し、Ｓ４６で始動モードの式（説明省略）に基づ
いて出力燃料噴射量Ｔout を決定すると共に、Ｓ１４で
フューエル・カットと判断されたときはＳ４８に進んで
出力燃料噴射量Ｔout を零にする。

【００７６】この実施例においては上記のように構成し
たことから、簡易なアルゴリズムによって定常運転状態
から過渡運転状態までを表現することができ、定常運転
状態時の燃料噴射量をマップ検索によってある程度保証
することができると同時に、複雑な演算を必要とせずに
燃料噴射量を最適に決定することができる。しかも、定
常運転状態と過渡運転状態とでモデル式の持ち替えが要
らず、１つの式で全ての運転状態を表現することができ
るため、一般に切り換え点の近傍で見られるような制御
の不連続を生じることがない。また空気の挙動を良く表
現できたため、制御性や制御精度を向上させることがで
きる。

【００７７】更に、上記において、機関が位置する地所
の気圧および機関冷却水温に応じて疑似吸気圧力Ｐｂハ
ットのマップ検索値を補正し、その値を用いてスロット
ルの有効開口面積を求めるようにしたので、一層精度良
く、スロットルの現在の有効開口面積Ａとその１次遅れ
値ＡDELAY を求めてその比RATIO-A を求めることができ
る。従って、スロットル通過空気量Ｇthの特性を一層良
く表現することができ、過渡運転状態を含む全ての運転
状態において燃料噴射量を一層正確に決定することがで
きる。

【００７８】図１９ないし図２１は、この発明の第２実
施例を示す説明図である。第２実施例においては、図１
９に示す如く、機関排気側と吸気側とを通路８０で連結
し、運転状態においてその開度を電磁弁８２で制御す
る、排気還流（ＥＧＲ）機構を備える機関を前提とす
る。第１実施例においてもバイパス路３０を設けたこと
から、スロットルを通過しない空気量をリフト量として
スロットル開度に換算して加算したが、第２実施例にお
いては排気還流路８０を介して還流時には大量の排気ガ
スが、スロットル弁１６を通過せずに、燃焼室に吸入す
る。また、それによる吸入空気温度の上昇も僅かながら
生じる。第２実施例はその点に留意した。

【００７９】以下、第１実施例と相違する点に焦点をお
いて説明すると、第１実施例の図１５に対応する図２０
サブルーチン・フロー・チャートにおいて、Ｓ２００な
いし２０４まで第１実施例と同様の手順を経た後、Ｓ２
０６に進んで排気還流（ＥＧＲ）量に応じてマップ検索
して得たＰｂハット値を補正する。具体的には予め運転
状態および電磁弁８２のリフト量に応じた排気還流量を
計測して求めておき、検出した運転状態に応じて適宜な
手法で補正値を求めて行う。図２１に第２実施例のブロ
ック図を示す。

【００８０】第２実施例の場合には上記の如く構成した
ことから、第１実施例の効果に加え、排気還流が行われ
る機関においても一層精度良くスロットルの有効開口面
積を求めることができ、それに基づいて燃料噴射量を一
層的確に決定することができる。

【００８１】図２２および図２３はこの発明の第３実施
例を示す説明図である。第３実施例は、いわゆる可変バ
ルブタイミング機構を備えた内燃機関を前提とする。

【００８２】可変バルブタイミング機構は例えば、特開
平２−２７５０４３号公報に記載されており、機関回転
数Ｎｅおよび吸気圧力Ｐｂなどの運転状態に応じて機関
のバルブタイミングを２種のタイミング特性の間で切り
換えるものであり、それ自体は公知な機構なので、説明
は省略する。

【００８３】図２２はその２種のタイミング特性（Ｌｏ
Ｖ／Ｔ，ＨｉＶ／Ｔとして示す）を示す説明図である。
タイミング特性が切り換えられると、機関の燃焼特性が
変わり、充填効率が変わる。従って、図１６に示した疑
似吸気圧力Ｐｂハットのマップ特性を一方のタイミング
特性に基づいて設定すると、バルブタイミングが他方の
特性に切り換えられるとき、充填効率が異なって検索値
が必ずしも適正ではない事態が生じ得る。第３実施例は
その点に留意した。

【００８４】以下、第２実施例と相違する点に焦点をお
いて説明すると、第２実施例の図２０に対応する図２３
サブルーチン・フロー・チャートにおいて、Ｓ３００で
タイミング特性がＬｏＶ／Ｔか否か適宜な検出出力から
判断し、それに応じてＳ３０２またはＳ３０４に進ん
で、２種のマップ（図示せず）のうちで判明したバルブ
タイミング特性に対応するマップを選択し、それに基づ
いて疑似吸気圧力Ｐｂハットを検索する。残余のステッ
プＳ３０６ないし３１０は、第２実施例のそれと相違し
ない。

【００８５】第３実施例の場合には上記の如く構成した
ことから、第１実施例の効果に加え、可変バルブタイミ
ング機構を備えた内燃機関において一層精度良くスロッ
トルの有効開口面積を求めることができ、それに基づい
て燃料噴射量を一層的確に決定することができる。

【００８６】尚、第１実施例でバイパス路を介して２次
空気量を制御する機構を設け、スロットルを通過しない
空気量をリフト量としてスロットル開度に換算して用い
たが、かかる機構の存在自体は本質的なものではなく、
それを有しない機関にもあてはまることは言うまでもな
い。

【００８７】また第２実施例において、第１実施例で行
った各種補正を併せて行うようにしたが、必要に応じて
その全部または一部を省略しても良い。

【００８８】また第１、第２実施例において気圧Ｐａに
よる補正、機関冷却水温Ｔｗによる補正、排気還流ＥＧ
Ｒによる補正を示したが、これらは別々に行っても良
く、あるいは全部ないし一部を行っても良い。第３実施
例の可変バルブタイミング機構を設けてマップ特性をバ
ルブタイミングごとに設けた例についても同様であり、
この構成は独立に設けるのみでも良く、あるいは、それ
と併せて上記補正の全部または一部を行っても良い。

【００８９】また上記第１、第２実施例において、補正
燃料噴射量ΔＴi の１次遅れ特性を得るのに際し、チャ
ンバ充填空気量の１次遅れを求め、それから図１２に類
似する特性に従って補正燃料噴射量ΔＴi を算出するよ
うにしたが、これに限られるものではなく、疑似吸気圧
力変化ΔＰｂハットの１次遅れ値を求めても良く、ある
いは補正燃料噴射量ΔＴi の１次遅れ値を求めても良
い。尚、補正燃料噴射量ΔＴi はマップ化しておいた
が、全部ないし一部を演算で行っても良い。また、疑似
吸気圧力変化をその前回検出値と今回検出値の差分値で
求めたが、微分値ないしは積分値の差分値から求めても
良い

【００９０】また上記において、定常運転状態時の燃料
噴射量Ｔimapからチャンバ部位を充填する空気量に対応
する補正燃料噴射量ΔＴi を減算して出力燃料噴射量Ｔ
outを求めるようにしたが、単気筒内燃機関の場合など
チャンバ部位が無視できるほど十分小さいときは、補正
燃料噴射量ΔＴi を求めることなく、燃料噴射量Ｔimap
から直ちに出力燃料噴射量Ｔout を求めても良い。

【００９１】また上記において、スロットルの有効開口
面積をスロットル開度の１次遅れ値を使用して求めた
が、スロットルの有効開口面積の１次遅れ値を直接求め
ても良いことは無論である。

【００９２】また上記において燃料噴射量Ｔimapを予め
マップ化しておくようにしたが、それに代えてスロット
ル通過空気量Ｇthをマップ化しておいても、吸気路の脈
動による吸入空気量の変動やインジェクタ特性がリニア
リティに欠けるときの誤差を吸収しきれない点を除け
ば、ある程度は同一の目的を達成することができる。

【００９３】

【発明の効果】請求項１項にあっては、疑似吸気圧力Ｐ
ｂハットの推定精度が向上し、スロットルの有効開口面
積を一層精度良く求めることができ、過渡運転状態を含
む全ての運転状態において燃料噴射量を一層最適に決定
することできる。

【００９４】請求項２項にあっては、可変バルブタイミ
ング機構を備えた内燃機関においても、疑似吸気圧力Ｐ
ｂハットの推定精度が向上し、スロットルの有効開口面
積を一層精度良く求めることができ、過渡運転状態を含
む全ての運転状態において燃料噴射量を一層最適に決定
することできる。

【００９５】請求項３項にあっては、請求項１項または
２項で述べたと同様の作用、効果を奏する。

【００９６】請求項４項にあっては、排気還流機構を備
えた内燃機関においても、疑似吸気圧力Ｐｂハットの推
定精度が向上し、スロットルの有効開口面積を一層精度
良く求めることができ、過渡運転状態を含む全ての運転
状態において燃料噴射量を一層最適に決定することでき
る

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る内燃機関の燃料噴射制御装置を
全体的に示す概略図である。

【図２】図１の制御装置の構成を詳細に示すブロック図
である。

【図３】図２の制御装置の動作を示すフロー・チャート
である。

【図４】図３のフロー・チャートの動作を示すブロック
図である。

【図５】図４ブロック図で予定する流体力学モデルを示
す説明図である。

【図６】図５の流体力学モデルにおけるスロットル弁の
有効開口面積を流量係数などを用いて算出する手法を示
すブロック図である。

【図７】図６の算出で用いる係数のマップ特性を示す説
明図である。

【図８】図３フロー・チャートおよび図４ブロック図で
使用する定常運転状態時の燃料噴射量Ｔimapのマップ特
性を示す説明図である。

【図９】図３フロー・チャートおよび図４ブロック図で
使用する目標空燃比のマップ特性を示す説明図である。

【図１０】この発明における定常運転状態と過渡運転状
態とを示す説明図である。

【図１１】この発明に係る燃料噴射制御で予定するスロ
ットルの有効開口面積Ａ１のマップ特性を示す説明図で
ある。

【図１２】この発明に係る燃料噴射制御で予定する補正
燃料噴射量のマップ特性を示す説明図である。

【図１３】スロットルの有効開口面積についてのシミュ
レーション結果を示すデータ図である。

【図１４】スロットル開度とスロットルの有効開口面積
との関係を示す説明図である。

【図１５】図３フロー・チャートのサブルーチン・フロ
ー・チャートである。

【図１６】図１５フロー・チャートで使用する疑似吸気
圧力のマップ特性を示す説明図である。

【図１７】気圧によるスロットルの臨界開度の相違を示
す説明図である。

【図１８】図４のブロック１００の詳細を示すブロック
図である。

【図１９】この発明の第２実施例を示す図１と同様の概
略図である。

【図２０】第２実施例の動作を示す、図１５と同様のサ
ブルーチン・フロー・チャートである。

【図２１】第２実施例の動作を示す、図１８と同様のブ
ロック図である。

【図２２】この発明の第３実施例を示す、可変バルブタ
イミング機構のバルブタイミング特性の説明図である。

【図２３】第３実施例の動作を示す、図１５と同様のサ
ブルーチン・フロー・チャートである。

【符号の説明】

１０ 内燃機関 １２ 吸気路 １６ スロットル弁 １８ サージタンク ２０ インテークマニホルド ２２ インジェクタ ３４ クランク角センサ ３６ スロットル開度センサ ３８ 吸気圧センサ ５０ 制御ユニット ８０ 排気還流路 ８２ 電磁弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｄ 45/00 ３６６ Ｅ (72)発明者 牧 秀隆 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機関吸気路に設けられたスロットルを通
   過する空気量の挙動を記述する流体力学モデルに基づい
   て機関に吸入される空気量を求めて機関燃焼室に供給す
   べき燃料噴射量を決定する内燃機関の燃料噴射制御装置
   であって、 ａ．少なくとも機関回転数、吸気圧力、およびスロット
   ル開度を含む機関の運転状態を検出する第１の手段、 ｂ．少なくとも検出された機関回転数と吸気圧力とから
   定常運転状態時の燃料噴射量Ｔimapを求める第２の手
   段、 ｃ．少なくとも検出された機関回転数とスロットル開度
   とから予め設定された特性に従って疑似吸気圧力Ｐｂハ
   ットを求め、その値Ｐｂハットから流量係数Ｃを求める
   第３の手段、 ｄ．検出されたスロットル開度からスロットルの投影面
   積Ｓを求め、その値Ｓと前記流量係数Ｃとからスロット
   ルの有効開口面積Ａを求める第４の手段、 ｅ．求めたスロットルの有効開口面積Ａと前記定常運転
   状態時の燃料噴射量Ｔimapとから過渡運転状態時の出力
   燃料噴射量Ｔout を求める第５の手段、 および ｆ．求めた出力燃料噴射量Ｔout に基づいてインジェク
   タを駆動する第６の手段、 とを備えると共に、前記第３の手段は、前記疑似吸気圧
   力Ｐｂハットを運転状態に応じて補正することを特徴と
   する内燃機関の燃料噴射制御装置。
2. 【請求項２】 機関吸気路に設けられたスロットルを通
   過する空気量の挙動を記述する流体力学モデルに基づい
   て機関に吸入される空気量を求めて機関燃焼室に供給す
   べき燃料噴射量を決定する内燃機関の燃料噴射制御装置
   であって、該内燃機関のバルブタイミングを運転状態に
   応じて複数のタイミング特性の間で切り換える手段を備
   えるものであって、 ａ．少なくとも機関回転数、吸気圧力、およびスロット
   ル開度を含む機関の運転状態を検出する第１の手段、 ｂ．少なくとも検出された機関回転数と吸気圧力とから
   定常運転状態時の燃料噴射量Ｔimapを求める第２の手
   段、 ｃ．少なくとも検出された機関回転数とスロットル開度
   とから予め設定された特性に従って疑似吸気圧力Ｐｂハ
   ットを求め、その値Ｐｂハットから流量係数Ｃを求める
   第３の手段、 ｄ．検出されたスロットル開度からスロットルの投影面
   積Ｓを求め、その値Ｓと前記流量係数Ｃとからスロット
   ルの有効開口面積Ａを求める第４の手段、 ｅ．求めたスロットルの有効開口面積Ａと前記定常運転
   状態時の燃料噴射量Ｔimapとから過渡運転状態時の出力
   燃料噴射量Ｔout を求める第５の手段、 および ｆ．求めた出力燃料噴射量Ｔout に基づいてインジェク
   タを駆動する第６の手段、 とを備えると共に、前記第３の手段は、前記バルブタイ
   ミングの複数のタイミング特性に応じて予め別々に設定
   された特性に従って前記疑似吸気圧力Ｐｂハットを求
   め、求めた値Ｐｂハットを運転状態に応じて補正するこ
   とを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
3. 【請求項３】 前記第１の手段は前記機関が位置する地
   の気圧を検出し、前記第３の手段は、検出されたスロッ
   トル開度が、予め機関回転数ごとに設定された臨界開度
   を超えるときは、その臨界開度に制限すると共に、その
   臨界開度を検出された気圧に応じて修正することを特徴
   とする請求項１項または２項記載の内燃機関の燃料噴射
   制御装置。
4. 【請求項４】 前記第３の手段は、前記スロットルを通
   過せずに機関燃焼室に吸入される空気量を推定する手段
   を備え、推定値に基づいて前記疑似吸気圧力Ｐｂハット
   を補正することを特徴とする請求項１項ないし３項のい
   ずれかに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置。