JPH09177579A - エンジンの燃料噴射制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】エンジン始動時の排気ガスを低減する。 【解決手段】今度燃料噴射を行う気筒を判定ステップ７
０１と、液膜量推定値Ｍｆｊ，気筒内滞留燃料量Ｇｗ
ｊ、数７に基づいて、判定気筒に対応する燃料噴射量Ｇ
ｆｊを計算するステップ７０２と、数８に基づいて判定
気筒に対応する燃料噴射パルス幅Ｔｉｊを計算するステ
ップ７０３とをなし、次回の割り込み要求があるまで待
機する。燃料噴射は、所定のクランク角度において、最
新の計算パルスで燃料噴射弁を駆動することで実行され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの燃料噴
射制御方法に係る。特に、エンジン始動時の排気ガス低
減に好適なエンジンの燃料噴射制御方法に関する。

【従来の技術】吸気管内の燃料の輸送状態を推定して、
燃料噴射量を決定する従来法として特開平３−１１１６
４０号公報の方法が知られている。この方法では、燃料
付着速度ＶＭＦ、燃料付着量ＭＦなどの燃料輸送状態が
推定され、その推定値に基づいて所望の空然比（気筒内
の空気と燃料の重量比）を実現するような燃料噴射量が
決定されている。

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、次
のような問題点がある。 （１）三元触媒を用いて排気ガスを浄化するエンジン制
御システムにおいて、低水温時にＨＣ，ＣＯなどのガス
排出を最小限に抑えるためには、安定燃焼に必要な最小
の燃料を気筒に供給する必要がある。ここで、安定燃焼
が実現されるか否かは、気筒内の燃料寄与燃料量（蒸気
燃料量）に対する空気量の比（空気量／燃焼寄与燃料
量）に依存する。具体的には、空気量と燃焼寄与燃料量
の比（空気量／燃焼寄与燃料量）があるレンジに入れ
ば、安定燃料が実現されることになる。特に、空気と燃
焼寄与燃料の比が上記レンジの上限値に維持されるよう
燃料噴射制御を行なえば、燃料噴射量は最小化され、ガ
ス排出量も最小になる。このような制御を実現するため
には、気筒内の燃焼寄与燃料（蒸気燃料量）の値を知る
必要がある。また、気筒内の空気量と燃焼寄与燃料量の
比を制御量とし燃料噴射制御を行う必要がある。しかし
ながら、上記従来技術では、気筒内の燃焼寄与燃料量を
考慮していないばかりか、空気と燃焼寄与燃料の比と必
ずしも一致しない気筒内の空然比を制御量としている。
エンジン暖機後の状態では、気筒内の燃料は、ほとんど
気化し、燃焼に寄与するため、気筒内の空然比は、空気
と燃焼寄燃料の比にほぼ等しくなる。しかしながら、コ
ールドスタートのような低水温時には、半分以上の燃料
が液状のままで気筒内に存在し、燃焼に寄与しないた
め、空然比は、空気と燃焼寄与燃料の比に必ずしも一致
しない。以上の理由により、上記従来技術では、特に、
始動時のような低水温の運転状態で必要最小限の燃料噴
射量を決定するのが困難で、余分なガスが排出されると
いう問題がある。 （２）上記従来技術では、エンジン始動時に、吸気管や
気筒に残留する燃料量を考慮しないで燃料噴射量を決定
するため、燃料噴射量に過不足を生じ、排気ガス増や、
失火により始動時間が長くなるという問題が生じる。本
発明は、上記問題点を解消したエンジンの燃料噴射制御
方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】本発明では、上記問題点
を解決するため以下の手段を設ける。 （１）吸入空気量に基づいて燃料噴射量を制御する電子
式エンジン制御装置において、動的モデルに基づいて吸
気管内と気筒内の燃料の状態を推定し、該推定値に基づ
いて所定の燃焼状態を達成する燃料噴射量を決定するこ
とに特徴がある。 （２）上記（１）において、前記推定する処理は、吸気
管内滞留燃料量、気筒内滞留燃料量、および、気筒内燃
料量のうち燃焼に寄与する燃料の割合を示す変数を推定
することに特徴がある。 （３）上記（１）（２）において、気筒内の燃焼寄与燃
料量に対する空気量の比を制御量とし、その比がその時
々の運転状態に応じて所望値になるように燃料噴射量を
制御することに特徴がある。 （４）上記（１）（２）において、エンジンの始動から
所定時間が経過し時、気筒内の燃料の状態の推定を中止
し、この推定値に関しては、これまで推定された最新の
値を用いて燃料噴射量を決定することに特徴がある。 （５）上記（１）（２）において、気筒内の滞留燃料量
推定値が所定値以下になった時、気筒内の燃料の状態の
推定を中止し、この推定値に関してはこれまで推定され
た最新の値を用いて燃料噴射量を決定することに特徴が
ある。 （６）上記（１）（２）において、水温が所定値以上に
なった時、気筒内の燃料の状態の推定を中止し、この推
定値に関しては、これまで推定された最新の値を用いて
燃料噴射量を決定することに特徴がある。 （７）上記（１）から（６）において、上記燃料の状態
の推定値を、不揮発性メモリに記憶することに特徴があ
る。 （８）上記（１）から（６）において、イグニッション
スイッチオフ時に、上記燃料の状態の推定値を記憶し、
この情報を次回のイグニッションスイッチオン直後の燃
料噴射量の決定に利用することに特徴がある。 手段（１）では、吸気管内と気筒内の燃料の状態を推定
することで、エンジン内の燃料の状態変化を推定でき
る。燃料の状態変化を捉えることにより、気筒内の燃焼
寄与燃料（蒸気燃料）が安定燃焼に必要な最小値となる
ような燃料噴射量、すなわち、安定燃焼を実現する最小
の燃料噴射量を精度良く決定できる。これにより、ガス
排出量を最小化できる。手段（２）では、具体的に、吸
気管内滞留燃料量、気筒内滞留燃料量、および、気筒内
燃料のうち燃焼に寄与する燃料の割合を推定すること
で、安定燃焼を実現する最小の燃料噴射量を決定できる
ので、ガス排出量を最小化できる。手段（３）では、安
定燃焼が実現されるかどうかの基準になる空気と燃焼寄
与燃料の比を制御量とし、燃料噴射制御をおこなうの
で、安定燃焼に必要な燃料噴射量を精度良く決定でき
る。よって、余分なガス排出を抑制できる。手段（４）
は、エンジン始動後、所定時間が経過した時、これ以
降、気筒内の燃料の状態がほとんど変化しないとして、
気筒内の燃料状態の推定を中止することで、マイコンの
演算負荷を低減するものである。手段（５）は、気筒内
の滞留燃料量が所定値以下になった時、気筒内の燃料の
状態がほとんど変化しないとして、気筒内の燃料状態の
推定を中止することで、マイコンの演算負荷を低減する
ものである。手段（６）は、水温が所定値以上になった
時、気筒内の燃料の状態がほとんど変化しないとして、
気筒内の燃料状態の推定を中止することで、マイコンの
演算負荷を低減するものである。手段（７）（８）で
は、燃料の状態の推定値を記憶するので、次回のイグニ
ッションオン時に、その時点の吸気管や気筒に残留した
燃料量を把握でき、この量を考慮してガス排出を抑制す
る燃料噴射量を精度良く決定できる。

【発明の実施の形態】本発明の実施例を、図１から図１
６に基づいて説明する。図１は、本発明を電子式制御ユ
ニットで実現した時の制御系の全体構成図であり、４気
筒エンジンの場合を示している。制御ユニットは、ＣＰ
Ｕ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、バックアップ
ＲＡＭ１０４、タイマＡ１０５、タイマＢ１０６、Ｉ／
ＯＬＳＩ１０７を備えている。Ｉ／ＯＬＳＩには、空気
量センサ、スロットル角センサ、クランク角センサ、水
温センサ、酸素センサからの信号が入力される。また、
Ｉ／ＯＬＳＩからは、各気筒に設置された燃料噴射器
（インジェクタ）への信号が出力される。タイマＡ１０
５は、所定の周期で、割り込み信号を発生し、ＣＰＵ
は、これに応じてＲＯＭに格納された制御プログラムを
実行する。タイマＢ１０６は、イグニッションスイッチ
オフから、次のオグニッションスイッチオンまでの時間
を計測するためのものである。バックアップＲＡＭ１０
４には、後述する液膜量、気筒内滞留燃料量などの燃料
輸送状態を表す変数の値が格納される。本発明では、燃
料噴射量の制御のために次の数式モデル（所定気筒の燃
料の流れを表す）を用いている。 状態方程式

【数１】

【数２】 出力方程式

【数３】

【数４】

【数５】 ここに、ｉ：サイクル数、Ｇｆｊ（ｉ）：ｊ番気筒への
燃料噴射量、Ｍｆｊ（ｉ）：ｊ番気筒の液膜量（燃料噴
射直前）、Ｇｗｊ（ｉ）：ｊ番気筒の気筒内滞留燃料量
（噴射燃料が気筒に流入する直前の量）、Ｇｏｊ
（ｉ）：ｊ番気筒の排気燃料量（燃焼燃料量＋排出Ｈ
Ｃ）、ＧＨＣｊ（ｉ）：ｊ番気筒の排出ＨＣの量、Ｇｂ
ｊ（ｉ）：ｊ番気筒の燃焼寄与燃料量、ａ（ｉ）：吸気
管内の燃料滞留率、ｂ（ｉ）：気筒内燃料の滞留率、ｃ
（ｉ）：排気燃料のうちＨＣの占める割合である。図２
は、所定気筒における上記の各種燃料量の流れを示した
図である。パラメータａ，ｂ，ｃの特性は、各気筒共通
で、その値は、それぞれ、図１１、図１２、図１３に示
す処理により算出される。例えば、パラメータａは、水
温Ｔｗに基づく１次元テーブル検索値Ａｂに回転数Ｎに
基づく１次元テーブル検索値Ｋａを乗じて算出される。
本発明では、気筒流入空気量Ｑｃと上記燃焼寄与燃料Ｇ
ｂｊの比Ｑａ／Ｇｂｊを制御量とし、この量がその目標
値Ａ／Ｆｏに一致するように燃料噴射量Ｇｆを制御す
る。各気筒で目標値Ａ／Ｆｏを実現するためには次の式
が成立すればよい。

【数６】 ここに，ｉ：サイクル数、Ｑｃ：気筒流入空気量、Ｇｂ
ｊ：燃焼寄与燃料量数３、数５、数６からＧｂｊ、Ｇｏ
ｊを消去し、Ｇｆｊについて解けば、目標値Ａ／Ｆｏを
実現する燃料噴射量Ｇｆｊの演算式が、次のように求め
られる。

【数７】 数７内の、変数ＧｗｊとＭｆｊは、上記状態方程式数
１、数２により推定した値を用いる。また、変数(1-b
(i))(1-c(i)) は、噴射燃料が気筒に流入した直後の気
筒内のトータルの燃料量のうち燃焼に寄与する燃料の割
合を示すものである。図３は、本発明の燃料噴射制御系
のブロック構成図である。（ａ）は、制御系の全体構成
図である。ブロック３１、３２、３３、３４では、各気
筒の燃料噴射器に出力する燃料噴射パルス幅Ｔij（j=1,
2,3,4)をそれぞれ独立に演算する。（ｂ）は、所定気筒
（ｊ番気筒）の具体的な制御系構成図である。ブロック
３０１では、数１、数２に基づいて液膜量Ｍｆｊ、気筒
内滞留燃料量Ｇｗｊを推定する。また、図１１から図１
３の処理によりパラメータａ，ｂ，ｃを算出する。ブロ
ック３０２では、上記推定値、パラメータ計算値と数７
に基づいて燃料噴射量Ｇｆｊを演算する。ブロック３０
３では、次の式に基づいて燃料噴射パルス幅Ｔｉｊを演
算する。

【数８】 ここに、ｋ：各種補正係数、Ｎ：回転数、Ｔｓ：無効噴
射時間である。目標値Ａ／Ｆｏの値は、図１６に示すよ
うに、水温Ｔｗに応じて１次元テーブルを検索して求め
られる。また、気筒流入空気量Ｑｃは、図４に示す処理
により算出される。ブロック４０１では、空気量センサ
による空気量計測値Ｑａに空気量センサの応答遅れ補償
処理を施して、スロットル通過空気量Ｑｔを計算する。
センサーの応答遅れを時定数Ｔの一次遅れとみなすと、
Ｑｔは、次の式に基づいて算出される。

【数９】 ここに、ｋ：時刻（１時刻はΔｔの時間に相当）、Δ
ｔ：時間刻み ブロック４０２では、１時刻前にこのブロックで計算さ
れた吸気管内圧Ｐｍ（ｋ−１）、１時刻前に後述のブロ
ック４０３で計算された気筒流入空気量Ｑｃ（ｋ−
１），現時刻のスロットル通過空気量Ｑｔ（ｋ）から次
式に基づいて現時刻の吸気管内圧Ｐｍ（ｋ）を推定す
る。

【数１０】 ここに、ｋ：時刻（１時刻はΔｔの時間に相当）、Δ
ｔ：時間刻み、Ｋｔ：正の定数である。ブロック４０３
では、吸気管内圧Ｐｍと回転数Ｎをパラメータとして、
空気量を格納した２次元テーブルを検索して気筒流入空
気量Ｑｃ（ｋ）を計算する。Δｔの周期で上記ブロック
の処理を繰り返せば、時々刻々の気筒流入空気量の応答
が計算される。次に、図５から図１０、図１４、図１５
に基づいてＲＯＭに格納された制御プログラムの動作に
ついて説明する。図５は、気筒流入空気量を計算するプ
ログラムのフローチャートであり、所定の周期（Δｔの
周期）で実行される。まず、ステップ５０１で、数９に
基づいてスロットル通過空気量Ｑｔを計算する。次に、
ステップ５０２で、数１０に基づいて吸気管内圧Ｐｍを
推定する。最後に、ステップ５０３で空気量を格納した
２次元テーブル４０３を検索して気筒流入空気量Ｑｃを
算出する。図６は、各種初期値を設定するプログラムの
フローチャートであり、イグニッションスイッチオン直
後に実行されるようになっている。まず、ステップ６０
１では、後述するプログラムで利用するタイムカウンタ
ＣＮＴに０を設定する。次に、ステップ６０２では、燃
料噴射量決定に利用する変数である液膜量、気筒内滞留
燃料量の初期値を設定する。これは、図１４、図１５の
処理に基づいて行う。図１４では、タイマ１０６で計測
される最新のイグニッションスイッチオフから今回のイ
グニションスイッチオンまでの時間ｔをパラメータをし
て１次元テーブル１４０を検索して得られる値Ｋｍに、
バックアップＲＡＭ１０４に記憶されている最新のイグ
ニッションスイッチオフ時の液膜量推定値Ｍｆｊｏｌｄ
を乗じて今回のイグニッションスイッチオン時の液膜量
初期値Ｍｆｊｎｅｗを算出する。この処理は、各気筒
（ｊ＝１、２、３、４）に対して行う。図１５では、タ
イマ１０６で計測される最新のイグニッションスイッチ
オフから今回のイグニションスイッチオンまでの時間ｔ
をパラメータをして１次元テーブル１５０を検索して得
られる値Ｋｇに、同じくバックアップＲＡＭ１０４に記
憶されている最新のイグニッションスイッチオフ時の気
筒内滞留燃料量推定値Ｇｗｊｏｌｄを乗じて今回のイグ
ニッションスイッチオン時の気筒内滞留燃料量初期値Ｇ
ｗｊｎｅｗを算出する。この処理も、各気筒（ｊ＝１、
２、３、４）に対して行う。以上で、初期値設定処理を
終了する。図７は、燃料噴射パルス幅Ｔｉｊを計算する
プログラムのフローチャートであり、所定の周期で実行
される。ステップ７０１では、今度燃料噴射を行う気筒
を判定する。ステップ７０２では、数７に基づいて、バ
ックアップＲＡＭに記憶された最新の液膜量推定値Ｍｆ
ｊ、気筒内滞留燃料量推定値Ｇｗｊから判定気筒に対応
する燃料噴射量Ｇｆｊを計算する。なお、Ｍｆｊ，Ｇｗ
ｊは後述する別のプログラムで計算されるようになって
いる。最後にステップ７０３で、数８に基づいて判定気
筒に対応する燃料噴射パルス幅Ｔｉｊを計算する。以上
で処理を終了し、次回の割り込み要求があるまで待機す
る。燃料噴射は、所定のクランク角度において、最新の
計算パルスで燃料噴射弁を駆動することで実行される。
次に、図８に基づいて、液膜量Ｍｆｊ、気筒内滞留燃料
量Ｇｗｊを推定、更新する第１実施例のプログラムの動
作について説明する。このプログラムは、燃料噴射直後
に実行される。まず、ステップ８０１では、燃料噴射を
行った最新の気筒を判定する。次に、ステップ８０２で
は、数１の差分式に基づいて判定気筒に対する液膜量Ｍ
ｆｊを更新し、バックアップＲＡＭ１０４に書き込む。
次に、ステップ８０３では、タイムカウンタが所定値Ｋ
より大きいか否かを判定する。所定値より大きければ処
理を終了する。さもなければ、ステップ８０４で、数２
の差分式に基づいて上記判定気筒に対する気筒内滞留燃
料量Ｇｗｊを更新し、バックアップＲＡＭに記憶する。
更に、ステップ８０５で、次の式に基づいてタイムカウ
ンタを更新し、処理を終了する。

【数１１】 ここに、Ｎ：回転数 なお、ステップ８０５の処理は、エンジン始動後の経過
時間に相当する時間をＣＮＴとしてカウントしているこ
とになる。したがって、ステップ８０３の処理は、エン
ジン始動後、所定時間が経過したなら、気筒内滞留燃料
量の更新処理を中止することを意味する。次に、図９に
基づいて、液膜量Ｍｆｊ、気筒内滞留燃料量Ｇｗｊを推
定する第２実施例のプログラムの動作について説明す
る。まず、ステップ９０１では、燃料噴射を行った最新
の気筒を判定する。次に、ステップ９０２では、数１の
差分式に基づいて判定気筒に対する液膜量Ｍｆｊを更新
し、バックアップＲＡＭに記憶する。次に、ステップ９
０３では、最新の滞留燃料量Ｇｗｊが所定値Ｇｗｊｏよ
り小さいかどうかを判定する。所定値より小さければ処
理を終了する。さもなければ、数２の差分式に基づい
て、上記判定気筒に対する気筒内滞留燃料量Ｇｗｊを更
新、バックアップＲＡＭに記憶し、処理を終了する。次
に、図１０に基づいて、液膜量Ｍｆｊ、気筒内滞留燃料
量Ｇｗｊを推定する第３実施例のプログラムの動作につ
いて説明する。まず、ステップ１００１では、燃料噴射
を行った最新の気筒を判定する。次に、ステップ１００
２では、数１の差分式に基づいて判定気筒に対する液膜
量Ｍｆｊを更新し、バックアップＲＡＭに記憶する。次
に、ステップ１００３では、水温が所定値Ｔｗｏ（例え
ば６０℃）より大きいかどうかを判定する。所定値より
小さければ処理を終了する。さもなければ、数２の差分
式に基づいて、上記判定気筒に対する気筒内滞留燃料量
Ｇｗｊを更新、バックアップＲＡＭに記憶し、処理を終
了する。以上で、本発明の制御プログラムの動作の説明
を終了する。

【発明の効果】本発明では、吸気管内と気筒内の燃料の
状態を推定し、空気量と燃焼寄与燃料の比を制御量とし
て燃料噴射制御を行うので、安定燃焼を実現する最小の
燃料を供給でき、排出ガスを最小にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】制御系全体構成図。

【図２】エンジン内の燃料の流れ。

【図３】燃料噴射制御系の構成。

【図４】空気量推定処理の構成。

【図５】空気量を推定するプログラムのフローチャー
ト。

【図６】初期値を設定するプログラムのフローチャー
ト。

【図７】燃料噴射パルス幅を計算するプログラムのフロ
ーチャート。

【図８】燃料の状態を推定、更新するプログラムのフロ
ーチャート（その１）。

【図９】燃料の状態を推定、更新するプログラムのフロ
ーチャート（その２）。

【図１０】燃料の状態を推定、更新するプログラムのフ
ローチャート（その３）。

【図１１】吸気管内燃料滞留率の計算処理。

【図１２】気筒内燃料滞留率の計算処理。

【図１３】排気燃料のうちＨＣの占める割合を示すパラ
メータの計算処理。

【図１４】液膜量の初期値設定処理る

【図１５】気筒内滞留燃料量の初期値設定処理。

【図１６】燃料噴射制御系における目標値の特性。

【符号の説明】

１０…制御ユニット、 １０１…ＣＰＵ、 １０２
…ＲＯＭ、１０３…ＲＡＭ、 １０５…タイ
マ、 １０７…Ｉ／ＯＬＳＩ。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】吸入空気量に基づいて燃料噴射量を制御す
   る電子式エンジン制御装置において、動的モデルに基づ
   いて吸気管内と気筒内の燃料の状態を推定し、該推定値
   に基づいて所定の燃焼状態を達成するような燃料噴射量
   を決定することを特徴とするエンジンの燃料噴射制御方
   法。
2. 【請求項２】請求項１に記載のエンジンの燃料噴射制御
   方法において、前記推定する処理は、吸気管内滞留燃料
   量、気筒内滞留燃料量、および、気筒内燃料量のうち燃
   焼に寄与する燃料の割合を示す変数を推定することを特
   徴とするエンジンの燃料噴射制御方法。
3. 【請求項３】請求項１または２に記載のエンジンの燃料
   噴射制御方法において、気筒内の燃焼寄与燃料量に対す
   る空気量の比を制御量とし、その比がその時々の運転状
   態に応じて所望値になるように燃料噴射量を制御するこ
   とを特徴とするエンジンの燃料噴射制御方法。
4. 【請求項４】請求項１または２に記載のエンジンの燃料
   噴射制御方法において、エンジンの始動から所定時間が
   経過した時、気筒内の燃料の状態の推定を中止し、この
   推定値に関しては、これまで推定された最新の値を用い
   て燃料噴射量を決定することを特徴とするエンジンの燃
   料噴射制御方法。
5. 【請求項５】請求項１または２に記載のエンジンの燃料
   噴射制御方法において、気筒内の滞留燃料量推定値が所
   定値以下になった時、気筒内の燃料の状態の推定を中止
   し、この推定値に関しては、これまで推定された最新の
   値を用いて燃料噴射量を決定することを特徴とするエン
   ジンの燃料噴射制御方法。
6. 【請求項６】請求項１または２に記載のエンジンの燃料
   噴射制御方法において、水温が所定値以上になった時、
   気筒内の燃料の状態の推定を中止し、この推定値に関し
   ては、これまで推定された最新の値を用いて燃料噴射量
   を決定することを特徴とするエンジンの燃料噴射制御方
   法。
7. 【請求項７】請求項１乃至６のいずれかに記載のエンジ
   ンの燃料噴射制御方法において、上記燃料の状態の推定
   値を、不揮発性メモリに記憶することを特徴とするエン
   ジンの燃料噴射制御方法。
8. 【請求項８】請求項１乃至６のいずれかに記載のエンジ
   ンの燃料噴射制御方法において、イグニッションスイッ
   チオフ時に、上記燃料の状態の推定値を記憶し、この情
   報を、次回のイグニッションスイッチオン直後の燃料噴
   射量の決定に利用することを特徴とするエンジンの燃料
   噴射制御方法。