JPH09303173A - 内燃機関の燃料噴射量制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】車両の加速過渡時等にあっても同機関への燃料
噴射量を常に適正に維持する。 【解決手段】内燃機関１の吸気ポート１７にはインジェ
クタ１８が配設され、吸気管２には吸気圧センサ８が配
設されている。ＥＣＵ３０内のＣＰＵ３３は、吸気圧の
変化度合から内燃機関１の過渡運転状態を検出すると共
に、前記吸気圧の変化度合に基づいて、インジェクタ１
８による噴射燃料の壁面付着率とその付着燃料の残留率
とからなる燃料挙動を表すパラメータを可変に設定す
る。また、ＣＰＵ３３は、燃料挙動パラメータを用いて
燃料噴射量を補正する。かかる場合、吸気圧が正側に変
化していれば（車両加速時）、壁面付着率を増加させる
と共に残留率を減少させ、吸気圧が負側に変化していれ
ば（車両減速時）、壁面付着率を減少させると共に残留
率を増加させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本説明は、内燃機関における
燃料挙動を表すパラメータを用いて同内燃機関に噴射供
給する燃料量を制御する内燃機関の燃料噴射制御装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、この種の制御装置として、内
燃機関の吸気系における燃料挙動シミュレーションモデ
ルに基づいて同機関への燃料供給量を制御する技術が知
られている（例えば、特開平６−２８０６４８号公報
等）。このような制御装置では、内燃機関の吸気管壁面
への燃料付着量やその蒸発量をパラメータとして同内燃
機関の筒内に流入する燃料の挙動を数式化した燃料挙動
モデルを用いる。そして、内燃機関の運転条件とその空
燃比の目標値とに基づいて同内燃機関に要求される燃料
量を算出すると共に、上記燃料の挙動を数式化した燃料
挙動モデルに従って、該算出された要求燃料量を実際に
供給すべき燃料量に補正するようにしている。

【０００３】こうして上記制御装置では、機関筒内への
流入燃料の挙動を表すパラメータを用いた燃料挙動モデ
ルに従って、内燃機関に噴射供給される燃料量が制御さ
れる。このため、それらパラメータの設定さえ適正にな
されれば、その制御される燃料供給量が当該内燃機関の
空燃比を理想の空燃比に近づけることができ、ひいては
燃料供給量が適正に制御されることとなる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これら従来の
制御装置では、機関暖機後の定常運転時に対応する前記
パラメータを用い、Ｃ．Ｆ．アキノの式として周知の式
をそのまま使用して内燃機関の吸気系に付着している燃
料量を演算する。そして、その演算された付着燃料量に
基づいて同機関に噴射すべき燃料量を決定するようにし
ている。このため、車両加速時の過渡時等において前記
パラメータが変動する際には、付着燃料量等の燃料挙動
を正確に予測できず、実際に筒内に流入する燃料量を正
しく認識することができなかった。その結果、加速時或
いは減速時等において、空燃比の制御精度が極端に低下
するという事態を招き、トルク変動によるドライバビリ
ティの悪化や、排気エミッションの悪化の原因となって
いた。

【０００５】また、インジェクタ近傍における燃料挙動
は、主に燃料の壁面付着率やその付着燃料の残留率をパ
ラメータとすることでその燃料動的モデルをシミュレー
トできる。ところが、既存の制御装置では、壁面付着率
や残留率が固定値として与えられていたため、車両の加
速要求や減速要求によって内燃機関の負荷状態が変化し
た場合には壁面への燃料付着量等が変動し、所望の燃料
噴射量制御が継続できないという問題があった。

【０００６】この発明は、こうした実情に鑑みてなされ
たものであり、内燃機関内での燃料の挙動を表すパラメ
ータを用いて同機関に噴射供給する燃料量を制御するに
あたり、たとえ加速過渡時等にあっても同機関への燃料
噴射量を常に適正に維持することのできる内燃機関の燃
料噴射量制御装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明では、請求項１に記載したように、内燃機関の
負荷状態の変化が検出され（負荷状態検出手段）、当該
内燃機関の負荷状態に基づいて、インジェクタによる噴
射燃料の壁面付着率とその付着燃料の残留率とからなる
燃料挙動を表すパラメータが可変に設定される（パラメ
ータ可変設定手段）。そして、該設定されたパラメータ
を用いてインジェクタによる燃料噴射量が補正される
（燃料噴射量補正手段）。

【０００８】かかる場合、請求項２に記載したように、
動的挙動を表すパラメータは、吸気ポートにおける壁面
付着率及びその付着燃料の残留率と、前記内燃機関の筒
内における壁面付着率及びその付着燃料の残留率との少
なくともいずれか一方からなる。すなわち、吸気ポート
内で燃料を噴射する内燃機関では、吸気ポートにおける
壁面付着率及びその付着燃料の残留率と、前記内燃機関
の筒内における壁面付着率及びその付着燃料の残留率と
が燃料挙動を表すパラメータとなり、筒内（燃焼室内）
に直接、燃料を噴射する内燃機関（いわゆる、筒内直噴
式の内燃機関）では、内燃機関の筒内における壁面付着
率及びその付着燃料の残留率が燃料挙動を表すパラメー
タとなる。

【０００９】なお、吸気ポートにおける燃料挙動には、
インジェクタ下流の吸気通路壁面に対して付着並びに残
留する要因の他に、吸気バルブ上面（同バルブの吸気ポ
ート側）に対して付着並びに残留する要因が含まれる。
また、内燃機関の筒内における燃料挙動には、筒内壁面
に対して付着並びに残留する要因の他に、ピストン上面
に対して付着並びに残留する要因が含まれる。

【００１０】上記請求項１又は請求項２に記載の構成に
よれば、燃料挙動を表すパラメータとしての燃料の壁面
付着率やその付着燃料の残留率が、内燃機関の負荷状態
に応じて可変に設定できるため、例えば車両の加速に伴
う負荷状態の変化時にも所望の燃料噴射量を内燃機関に
噴射供給できる。その結果、いかなる場合にも安定した
空燃比制御を実現することができる。

【００１１】より具体的には、請求項３に記載したよう
に、負荷状態検出手段は、内燃機関への吸入空気の圧力
変化を検出する。そして、吸入空気圧が正側に変化した
旨が検出された時（例えば車両加速時）には、前記壁面
付着率を増加させると共に前記残留率を減少させる。ま
た、吸入空気圧が負側に変化した旨が検出された時（車
両減速時）には、前記壁面付着率を減少させると共に前
記残留率を増加させる（図４，図８参照）。

【００１２】つまり、例えば車両加速時においてスロッ
トル弁の開放に伴い吸入空気圧が正側に変化した場合に
は、インジェクタによる噴射燃料が霧化しにくくなり
（液滴な燃料となる）、噴射燃料が壁面（吸気ポート壁
面，筒内壁面）に付着する割合が増加する。また、かか
る加速時には、吸気流速が瞬時的に増大するため、その
勢いによって付着燃料が吸気ポート壁面に残留する割合
が減少する。さらに、同じく加速時には、吸気量の増加
に伴い筒内圧が上昇するため、圧縮熱によって燃料の気
化が促進され、筒内壁面の付着燃料が残留する割合が減
少する。

【００１３】一方、例えば車両減速時においてスロット
ル弁の絞りに伴い吸入空気圧が負側に変化した場合に
は、インジェクタによる噴射燃料が霧化し易くなり（燃
料が微粒化される）、噴射燃料が壁面（吸気ポート壁
面，筒内壁面）に付着する割合が減少する。また、かか
る減速時には吸気流速が減少するため、付着燃料が吸気
ポート壁面に残留する割合が増加する。さらに、同じく
減速時には、筒内圧が低下するため、筒内壁面の付着燃
料が残留する割合が増加する。

【００１４】以上の事象から、本請求項３の構成によれ
ば、燃料の燃料挙動モデルが適切に予測でき、その予測
結果を用いることでより一層精密な燃料噴射量制御が実
現できることとなる。なお、上記請求項において特に記
載していないが、説明上、インジェクタの上流側にスロ
ットル弁が配設されており、同スロットル弁が開側に動
作すると吸入空気圧が正側に変化し、スロットル弁が閉
側に動作すると吸入空気圧が負側に変化するものとして
いる。

【００１５】また、請求項４に記載の発明によれば、吸
入空気圧の変化を同圧力の時間微分により検出すること
により、過渡時等の負荷状態の変化を容易に且つ正確に
予測することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】

（第1の実施の形態）以下、本発明を具体化した第１の
実施の形態を図面に従って説明する。

【００１７】図１は、本実施の形態における構成の概要
を説明するためのブロック図である。図１において、内
燃機関Ｍ１の吸気通路Ｍ２にはインジェクタＭ３が配設
されている。負荷状態検出手段Ｍ４、パラメータ可変設
定手段Ｍ５及び燃料噴射量補正手段Ｍ６は、例えばマイ
クロコンピュータを中心に構成される電子制御装置（以
下、ＥＣＵという）Ｍ７により構成され、このうち負荷
状態検出手段Ｍ４は、内燃機関Ｍ１の負荷状態の変化を
検出する。パラメータ可変設定手段Ｍ５は、負荷状態検
出手段Ｍ４により検出された前記内燃機関Ｍ１の負荷状
態の変化に基づいて、前記インジェクタＭ３による噴射
燃料の壁面付着率Ｒｍとその付着燃料の残留率Ｐｍとか
らなる燃料挙動を表すパラメータを可変に設定する。ま
た、燃料噴射量補正手段Ｍ６は、パラメータ可変手段Ｍ
５により設定されたパラメータを用いてインジェクタＭ
３による燃料噴射量Ｆｉを補正する。上記ＥＣＵＭ７の
動作により、インジェクタＭ３による燃料噴射動作が制
御される。

【００１８】図２は、本実施の形態にかかる内燃機関の
燃料噴射量制御装置をより詳細に示す構成図である。図
２において、火花点火式ガソリン多気筒内燃機関（以
下、単に内燃機関という）１には吸気管２と排気管３と
が接続されている。吸気管２には、アクセルペダル４に
連動するスロットル弁５が設けられ、同スロットル弁５
の開度は、スロットル開度センサ６により検出されるよ
うになっている。また、吸気管２のサージタンク７に
は、吸気圧センサ８が配設されている。

【００１９】内燃機関１の気筒を構成するシリンダ９内
には図の上下方向に往復動するピストン１０が配設され
ており、同ピストン１０はコンロッド１１を介して図示
しないクランク軸に連結されている。ピストン１０の上
方にはシリンダ９及びシリンダヘッド１２にて区画され
た燃焼室１３が形成されており、燃焼室１３は、吸気バ
ルブ１４及び排気バルブ１５を介して前記吸気管２及び
排気管３に連通している。排気管３には、排気ガス中の
酸素濃度に応じて異なる電圧信号を出力する空燃比セン
サ１６が設けられている。

【００２０】内燃機関１の吸気ポート１７には電磁駆動
式のインジェクタ１８が設けられており、このインジェ
クタ１８には燃料タンク１９から燃料（ガソリン）が供
給される。なお、本実施の形態では、吸気マニホールド
の各分岐管毎に１つずつインジェクタ１８を有するマル
チポイントインジェクション（ＭＰＩ）システムが構成
されている。この場合、吸気管上流から供給される新気
とインジェクタ１８による噴射燃料とが吸気ポート１７
にて混合され、その混合気が吸気バルブ１４の開弁動作
に伴い燃焼室１３内（シリンダ９内）に流入される。

【００２１】ディストリビュータ２０にはクランク軸の
回転状態に応じて７２０°ＣＡ毎にパルス信号を出力す
るクランク角センサ２１と、３０°ＣＡ毎にパルス信号
を出力する回転数センサ２２が設けられている。

【００２２】一方、ＥＣＵ３０は例えばマイクロコンピ
ュータシステムを中心に構成され、Ａ／Ｄコンバータ３
１、入出力インターフェース３２、ＣＰＵ３３、ＲＯＭ
３４、ＲＡＭ３５、バックアップＲＡＭ３６、クロック
発生回路３７等を備える。前記吸気圧センサ８の検出信
号及び空燃比センサ１６の検出信号は、Ａ／Ｄコンバー
タ３１に入力され、Ａ／Ｄ変換された後にバス３８を介
してＣＰＵ３３に入力される。また、前記スロットル開
度センサ６の検出信号、クランク角センサ２１のパルス
信号、及び回転数センサ２２のパルス信号は、入出力イ
ンターフェース３２及びバス３８を介してＣＰＵ３３に
入力される。ＣＰＵ３３は、各検出信号に基づいて吸気
圧（ＰＭ）、空燃比、スロットル開度、基準クランク位
置及び機関回転数（Ｎｅ）を検知する。

【００２３】さらに、ＥＣＵ３０には、前記インジェク
タ１８の駆動を制御するためのダウンカウンタ３９、フ
リップフロップ４０及びインジェクタ駆動回路４１が設
けられている。すなわち、後述する燃料噴射量制御ルー
チンで燃料噴射量が演算されると、その演算結果がダウ
ンカウンタ３９に設定され同時にフリップフロップ４０
もセット状態とされる。この結果、インジェクタ駆動回
路４１によりインジェクタ１８が通電され燃料噴射が開
始される。また、ダウンカウンタ３９はクロックパルス
（図示せず）の計数を開始し、ダウンカウンタ３９の値
が「０」になるとフリップフロップ４０がリセットされ
る。そして、インジェクタ駆動回路４１によりインジェ
クタ１８の通電が遮断され燃料噴射が停止される。すな
わち、ＥＣＵ３０で演算された期間だけインジェクタ１
８が通電され、演算結果に応じた燃料が内燃機関１の各
気筒に供給される。

【００２４】このように構成された燃料噴射量制御装置
において、インジェクタ近傍の燃料の挙動を図３を用い
て以下に説明する。図３は、インジェクタ近傍における
燃料挙動シミュレーションモデルを示す模式図である。
なお、本シミュレーションモデルでは、時刻を表すイン
デックスを「ｋ」として示す。

【００２５】図３において、「Ｆｉ（ｋ）」は時刻ｋに
インジェクタ１８より噴射される燃料量（噴射燃料量）
を、「Ｆｍｗ（ｋ）」は時刻ｋに吸気ポート１７の壁面
に付着している燃料量（壁面付着燃料量）を、「Ｆｃ
（ｋ）」は時刻ｋに筒内（シリンダ９内）へ流入する燃
料量（筒内流入燃料量）を、それぞれ示す。かかる場
合、時刻ｋの噴射燃料量Ｆｉ（ｋ）のうち、吸気ポート
１７の壁面に付着する割合（壁面付着率）を「Ｒｍ
（ｋ）」とし、時刻ｋの壁面付着燃料量Ｆｍｗ（ｋ）の
うち、吸気ポート１７の壁面に残留する割合（残留率）
を「Ｐｍ（ｋ）」とすれば、以下の式（１），式（２）
が成立する。なお、この式は、Ｃ．Ｆ．アキノの式とし
て一般に知られている。

【００２６】 Ｆｍｗ（ｋ）＝Ｆｉ（ｋ−１）・Ｒｍ（ｋ−１） ＋Ｆｍｗ（ｋ−１）・Ｐｍ（ｋ−１） …（１） この式(１)によれば、時刻ｋでの壁面付着燃料量Ｆｍｗ
（ｋ）は、前回の噴射燃料量Ｆｉ（ｋ−１）及び前回の
壁面付着率Ｒｍ（ｋ−１）の積と、前回の壁面付着燃料
量Ｆｍｗ（ｋ−１）及び前回の燃料残留率Ｐｍ（ｋ−
１）の積との和により求められることとなる。

【００２７】 Ｆｃ（ｋ）＝Ｆｉ（ｋ）・（１−Ｒｍ（ｋ）） ＋Ｆｍｗ（ｋ）・（１−Ｐｍ（ｋ）） …（２） この式(２)によれば、時刻ｋでの筒内流入燃料量Ｆｃ
（ｋ）は、今回の噴射燃料量Ｆｉ（ｋ）から今回の燃料
付着分を減算した値と、今回の壁面付着燃料量Ｆｍｗ
（ｋ）から今回の燃料残留分を減算した値との和により
求められることとなる。

【００２８】また、目標空燃比λ（理論空燃比）での燃
料の燃焼を実現する場合において、吸気流量を「Ｑ
（ｋ）」とすれば、実際に筒内に流入すべき目標流入燃
料量Ｆｃｒ（ｋ）は次の式（３）により求められる。

【００２９】 Ｆｃｒ（ｋ）＝Ｑ（ｋ）／λ …（３） この場合、インジェクタ近傍での燃料挙動を表す前記の
式（１），式（２）が実際の燃料挙動と一致するとすれ
ば、 Ｆｃｒ（ｋ）＝Ｆｃ（ｋ） …（４） が成立する。なお、吸気流量Ｑ（ｋ）は、吸気圧ＰＭ及
び機関回転数Ｎｅをパラメータとするマップから基本吸
入空気量を求め、該求められた基本吸入空気量をその時
の吸気温度で補正することから算出できる。

【００３０】従って、目標空燃比λでの燃焼を実現する
際において、インジェクタ１８による噴射燃料量Ｆｉ
（ｋ）は、前記式（２）を変形することにより次の式
（５）から求められることとなる。

【００３１】 Ｆｉ（ｋ）＝｛Ｆｃｒ（ｋ）−（１−Ｒｍ（ｋ）・Ｆｍｗ（ｋ）｝ ／（１−Ｒｍ（ｋ）） …（５） この場合、燃料噴射量Ｆｉ（ｋ）を求めるには、前記式
（１）から算出される壁面付着燃料量Ｆｍｗ（ｋ）が用
いられる。

【００３２】以上の各式によれば、インジェクタ１８に
よる噴射燃料の壁面付着率Ｒｍ（ｋ）、付着燃料の残留
率Ｐｍ（ｋ）の正しい値を求め、それにより前記式
（５）を解くことができれば、インジェクタ１８に要求
される噴射燃料量Ｆｉ（ｋ）が算出できることとなる。

【００３３】ここで、従来一般には、壁面付着率Ｒｍ
（ｋ）及び付着燃料の残留率Ｐｍ（ｋ）は固定値として
扱われていた。しかし、壁面付着率Ｒｍ（ｋ），付着燃
料の残留率Ｐｍ（ｋ）は、機関の運転状態によって変動
し、必ずしも一定値とは限らない。つまり、図４に示す
ように、壁面付着率Ｒｍ（ｋ），残留率Ｐｍ（ｋ）は、
吸気管２内の吸気圧ＰＭのスパイク的な変化に応じて変
動する。この吸気圧ＰＭのスパイク的な変化は、車両の
加速要求或いは減速要求に伴い発生する。詳しくは、吸
気圧ＰＭが正方向（加速方向）へ変動した瞬間におい
て、壁面付着率Ｒｍ（ｋ）が増加すると共に、残留率Ｐ
ｍ（ｋ）が減少する。また、吸気圧ＰＭが負方向（減速
方向）へ変動した瞬間において、壁面付着率Ｒｍ（ｋ）
が減少すると共に、残留率Ｐｍ（ｋ）が増加する。

【００３４】そこで、本実施の形態の特徴として、前記
壁面付着率Ｒｍ（ｋ）及び残留率Ｐｍ（ｋ）を吸気圧Ｐ
Ｍの時間微分値に応じて可変に設定する。この時、Ｒｍ
（ｋ），Ｐｍ（ｋ）の設定は、次の式（６）に基づいて
実施する。

【００３５】

【数１】

【００３６】但し、０＜ａ＜１，０＜ｂ＜１，ｃ＞０，
ｄ＜０である。前記の式（６）において、ａ，ｂ，ｃ，
ｄは、実験によって求めることのできる定数であって、
機関運転時において学習することも可能である。ΔＰＭ
は、前回から今回までの吸気圧ＰＭの変化量を示す値で
あって、前回の吸気圧をＰＭ（ｋ−１）、今回の吸気圧
をＰＭ（ｋ）とすると、ΔＰＭ＝ＰＭ（ｋ）−ＰＭ（ｋ
−１）として算出される。Δｋは、前回から今回までの
時間変化量である。つまり、（ΔＰＭ／Δｋ）は、吸気
圧ＰＭの変化速度に相当する。

【００３７】以上のことから、本実施の形態による燃料
噴射量制御が行われた場合には、車両の加速或いは減速
に伴う吸気圧変動が発生した時点で、残留率Ｐｍ（ｋ）
及び壁面付着率Ｒｍ（ｋ）が随時、吸気圧変動に追従し
て可変に設定できることになる。

【００３８】上記パラメータを可変に設定する際の根拠
をより具体的に説明すれば、例えば車両加速時において
スロットル弁５の開放動作に伴い吸気圧ＰＭが正側に変
化した場合（（ΔＰＭ／Δｋ）＞０の場合）には、イン
ジェクタ１８による噴射燃料が霧化しにくくなり（液滴
な燃料となる）、噴射燃料が壁面に付着する割合が増加
する（壁面付着率Ｒｍが増加する）。また、かかる加速
時には、吸気流速が瞬時的に増大するため、その勢いに
よって壁面付着燃料が筒内に押し流され、当該付着燃料
が壁面に残留する割合が減少する（瞬間的に残留率Ｐｍ
が減少する）。すなわち、（ΔＰＭ／Δｋ）＞０の場合
には、壁面付着率Ｒｍ（ｋ）を増加側の値に設定すると
共に、残留率Ｐｍ（ｋ）を減少側の値に設定すればよい
ことになる。

【００３９】一方、例えば車両減速時においてスロット
ル弁５の絞り動作に伴い吸気圧ＰＭが負側に変化した場
合（（ΔＰＭ／Δｋ）＜０の場合）には、インジェクタ
１８による噴射燃料が霧化し易くなり（燃料が微粒化さ
れる）、噴射燃料が壁面に付着する割合が減少する（壁
面付着率Ｒｍが減少する）。また、かかる減速時には吸
気流速が減少するため、付着燃料の筒内への流入は少な
くなり、付着燃料が壁面に残留する割合が増加する（残
留率Ｐｍが増大する）。すなわち、（ΔＰＭ／Δｋ）＜
０の場合には、壁面付着率Ｒｍ（ｋ）を減少側の値に設
定すると共に、残留率Ｐｍ（ｋ）を増加側の値に設定す
ればよいことになる。

【００４０】図５は、上述した燃料噴射量制御を実行す
るため手順を示すフローチャートであり、同処理は、各
気筒の燃料噴射毎（４気筒であれば、１８０°ＣＡ毎）
にＥＣＵ３０内のＣＰＵ３３により実行される。

【００４１】さて、図５の処理がスタートすると、ＣＰ
Ｕ３３は、先ずステップ１０１〜１０４で筒内目標空燃
比λを算出する。詳しくは、ＣＰＵ３３は、ステップ１
０１で内燃機関１の制御上の目標空燃比（便宜上、制御
目標空燃比λａと言う）を設定する。また、ＣＰＵ３３
は、続くステップ１０２で空燃比センサ１６の出力によ
り得られる空燃比（便宜上、排気空燃比λｂと言う）が
計測可能であるか否かを判別する。ここで、ステップ１
０２の判別処理は、周知の空燃比フィードバック制御条
件を判別する処理に相当し、機関の冷却水温が所定温度
以上であること、空燃比センサ１６が活性状態であるこ
と、機関が高回転・高負荷状態であること等を含む。

【００４２】そして、ステップ１０２が否定判別されれ
ば（フィードバック条件不成立時）、ＣＰＵ３３はステ
ップ１０３に進んでその時の制御目標空燃比λａを排気
空燃比λｂとして設定した後、ステップ１０４に進む。
また、前記ステップ１０２が肯定判別されれば（フィー
ドバック条件成立時）、ＣＰＵ３３はステップ１０３を
バイパスしてそのままステップ１０４に進む。ステップ
１０４において、ＣＰＵ３３は、制御目標空燃比λａの
２乗を排気空燃比λｂで除算して筒内目標空燃比λを算
出する。

【００４３】その後、ＣＰＵ３３は、ステップ１０５で
前述の式（３）を用いて、筒内へ流入すべき目標流入燃
料量Ｆｃｒ（ｋ）を算出する。次いで、ＣＰＵ３３は、
ステップ１０６で燃料挙動の予測パラメータである噴射
燃料の壁面付着率Ｒｍ（ｋ）と付着燃料の残留率Ｐｍ
（ｋ）を前述の式（６）に基づき算出する。このとき、
吸気圧ＰＭの時間微分値（ΔＰＭ／Δｋ）は、図示しな
い他のルーチンにて算出されている。

【００４４】さらに、ＣＰＵ３３は、ステップ１０７で
上記ステップ１０５，１０６より得られた目標流入燃料
量Ｆｃｒ（ｋ），壁面付着率Ｒｍ（ｋ），付着燃料の残
留率Ｐｍ（ｋ）を使用し、前述の式（５）に基づいてイ
ンジェクタ１８による実際の噴射燃料量Ｆｉ（ｋ）を算
出する。最後に、ＣＰＵ３３は、ステップ１０８で前述
の式（１）に基づいて時間インデックスｋを（ｋ＋１）
としたときの壁面付着燃料量Ｆｍｗ（ｋ＋１）を演算し
て本ルーチンを終了する。

【００４５】なお、本実施の形態では、図５のステップ
１０６が燃料挙動を表すパラメータ（Ｐｍ，Ｒｍ）を可
変に設定するためのパラメータ可変設定手段に相当す
る。また、同ステップ１０６で使用する式（６）の「Δ
ＰＭ／Δｋ」の項が、負荷状態検出手段に相当する。さ
らに、図５のステップ１０７が燃料挙動パラメータ（Ｐ
ｍ，Ｒｍ）を用いて燃料噴射量を補正するための燃料噴
射量補正手段に相当する。

【００４６】以上詳述した本実施の形態によれば、以下
の効果が得られる。 （ａ）要するに、本実施の形態では、内燃機関１の負荷
状態の変化に基づいて、吸気ポート１７における燃料挙
動パラメータ（噴射燃料の壁面付着率Ｒｍ，付着燃料の
残留率Ｐｍ）を可変に設定するようにした（図５のステ
ップ１０６）。そして、該設定したパラメータを用いて
インジェクタ１８による噴射燃料量Ｆｉを補正するよう
にした（図５のステップ１０７）。従って、車両の加速
或いは減速等における内燃機関１の過渡運転時にあって
も、その時の機関運転状態に応じた燃料挙動パラメータ
を設定することができる。つまり、壁面付着率Ｒｍや残
留率Ｐｍが固定値であった従来の装置とは異なり、過渡
運転時において実際の燃料挙動を的確に予測したシミュ
レーションモデルを実用化することができる。

【００４７】以上のことから、過渡運転時に噴射燃料の
壁面付着率Ｒｍや付着燃料の残留率Ｐｍが変動したとし
ても、所望の燃料噴射量制御を継続することができ、空
燃比の変動を抑制することができる。その結果、トルク
変動によるドライバビリティの悪化や、排気エミッショ
ンの悪化を抑制することができる。

【００４８】図６は、吸気圧ＰＭの変化に伴う排気空燃
比（Ａ／Ｆ）の変動を示すタイムチャートである。同図
の排気空燃比において、実線は本実施の形態における推
移を示し、破線は従来技術における推移を示す。同図に
示すように、従来技術（燃料挙動パラメータを固定）の
場合には吸気圧ＰＭの変動に伴い排気空燃比が目標空燃
比から大きく外れるが、本実施の形態（燃料挙動パラメ
ータを可変）の場合には排気空燃比の変動が少なくな
り、空燃比がいち早く目標値に収束するのが分かる。

【００４９】（ｂ）特に、本実施の形態では、吸気圧Ｐ
Ｍの時間微分値（ΔＰＭ／Δｋ）から内燃機関１の負荷
状態の変化を検出するようにしたため、過渡時等におけ
る負荷状態の変化を容易に且つ正確に予測することがで
きる。また、微少な負荷状態の変化時にあっても、適正
な燃料噴射量制御を実現することができる。

【００５０】（ｃ）また、本実施の形態では、車両の加
速時には、壁面付着率Ｒｍを増加させると共に残留率Ｐ
ｍを減少させ、車両の減速時には、壁面付着率Ｒｍを減
少させると共に残留率Ｐｍを増加させるようにした。こ
のことから、燃料の動的挙動が適切に予測でき、その予
測結果を用いることでより一層精密な燃料噴射量制御が
実現できることとなる。

【００５１】（第２の実施の形態）次に、本発明の第２
の実施の形態を図７〜図９に従って説明する。但し、本
実施の形態の構成において、上述した第１の実施の形態
と同等であるものについては図面に同一の記号を付すと
共にその説明を簡略化する。そして、以下には第１の実
施の形態との相違点を中心に説明する。

【００５２】つまり、上記第１の実施の形態における燃
料噴射量制御装置では、吸気ポート１７における燃料挙
動シミュレーションモデルを使用してその際の予測パラ
メータ（Ｒｍ，Ｐｍ）に基づいてインジェクタ１８によ
る噴射燃料量Ｆｉを補正していたが、本実施の形態にお
ける燃料噴射量制御装置では、新たに筒内の燃料挙動シ
ミュレーションモデルを追加して筒内の燃料挙動パラメ
ータをも反映した燃料噴射量制御を行うものである。図
７は、吸気ポート１７並びに筒内（シリンダ９内）にお
ける燃料挙動シミュレーションモデルを示す模式図であ
る。

【００５３】図７において、新たに「Ｆｃｗ（ｋ）」は
時刻ｋに筒内壁面に付着している燃料量（筒内壁面付着
燃料量）を示す（なお、このＦｃｗ（ｋ）にはピストン
上面に付着する燃料量も含む）。また、時刻ｋの噴射燃
料量Ｆｉ（ｋ）のうち筒内壁面に付着する割合（筒内壁
面付着率）を「Ｒｃ（ｋ）」とし、時刻ｋの筒内壁面付
着燃料量Ｆｃｗ（ｋ）のうち筒内壁面に残留する割合
（筒内残留率）を「Ｐｃ（ｋ）」とすれば、以下の式
（７），式（８）により、筒内壁面付着燃料量Ｆｃｗ
（ｋ）及び筒内流入燃料量Ｆｃ（ｋ）が算出される。こ
のとき、筒内流入燃料量Ｆｃ（ｋ）は燃焼に関与する筒
内燃料量に相当する。

【００５４】 Ｆｃｗ（ｋ）＝Ｆｉ（ｋ−１）・（１−Ｒｍ（ｋ−１））・Ｒｃ（ｋ） ＋Ｆｃｗ（ｋ−１）・Ｐｃ（ｋ−１） …（７） Ｆｃ（ｋ）＝Ｆｉ（ｋ）・（１−Ｒｍ（ｋ））・（１−Ｒｃ（ｋ）） ＋Ｆｍｗ（ｋ）・（１−Ｐｍ（ｋ）） ＋Ｆｃｗ（ｋ）・（１−Ｐｃ（ｋ）） …（８） つまり、本実施の形態では、燃料挙動パラメータとして
新たに、筒内壁面付着率Ｒｃ（ｋ）とその付着燃料の残
留率Ｐｃとが加えられると共に、筒内壁面付着燃料量Ｆ
ｃｗ（ｋ）が上記（７）式により算出れされるため、上
記第１の実施の形態の式(２)に代えて、上記式（８）に
より筒内流入燃料量Ｆｃ（ｋ）が算出されるることとな
る。

【００５５】さらに、本制御式においても第１の実施の
形態と同様に、燃料挙動パラメータとしての噴射燃料の
筒内壁面付着率Ｒｃ、筒内壁面付着燃料の筒内残留率Ｐ
ｃは、次の式（９）に示す如く吸気圧の微分値（ΔＰＭ
／Δｋ）に応じて可変に設定される。

【００５６】

【数２】

【００５７】但し、０＜ｅ＜１，０＜ｆ＜１，ｇ＞０，
ｈ＜０である。式（９）において、ｅ，ｆ，ｇ，ｈは、
定数である。上記の式（９）によれば、加速時或いは減
速時等の過渡時において、燃料挙動パラメータ（筒内壁
面付着率Ｒｃ，筒内残留率Ｐｃ）が適正に設定できるこ
ととなる。この場合、図８に示すように、燃料挙動パラ
メータの変化は、吸気圧ＰＭの変化（負荷状態の変化）
に相応していることが分かる。

【００５８】より具体的に説明すれば、例えば車両加速
時においてスロットル弁５の開放動作に伴い吸気圧ＰＭ
が正側に変化した場合（（ΔＰＭ／Δｋ）＞０の場合）
には、液滴な燃料が筒内に流入すると共に瞬間的な吸気
流速の増加によって当該燃料が筒内壁面に衝突しやすく
なるため、筒内壁面付着率Ｒｃが増加する。また、かか
る加速時には、吸気量の増大によって筒内圧が上昇する
ため、圧縮熱によって気化が促進され筒内残留率Ｐｃが
減少する。すなわち、（ΔＰＭ／Δｋ）＞０の場合に
は、筒内壁面付着率Ｒｃ（ｋ）を増加側の値に設定する
と共に、筒内残留率Ｐｃ（ｋ）を減少側の値に設定すれ
ばよいことになる。

【００５９】一方、例えば車両減速時においてスロット
ル弁５の絞り動作に伴い吸気圧ＰＭが負側に変化した場
合（（ΔＰＭ／Δｋ）＜０の場合）には、十分に霧化さ
れた燃料が筒内に流入することから、筒内壁面付着率Ｒ
ｃは減少する。また、かかる減速時には筒内圧が低下す
るために筒内残留率Ｐｃが増大する。すなわち、（ΔＰ
Ｍ／Δｋ）＜０の場合には、筒内壁面付着率Ｒｃ（ｋ）
を減少側の値に設定すると共に、筒内残留率Ｐｃ（ｋ）
を増加側の値に設定すればよいことになる。

【００６０】上記シミュレーションモデルを用いた燃料
噴射量制御を行うにあたってのフローチャートを図９に
示す。なお、本フローは第１の実施の形態における図５
のフローに相当するものであって、図９のステップ２０
１〜２０５では図５のステップ１０１〜１０５と同じ処
理が実施される。また、図９のステップ２０６〜２０８
は、図５のステップ１０６〜１０８に対応するよう変更
されている。以下に、ステップ２０６〜２０８の処理を
説明する。

【００６１】つまり、ＣＰＵ３３は、ステップ２０６で
吸気圧ＰＭの時間微分値（ΔＰＭ／Δｋ）に応じて燃料
挙動パラメータを算出する。ここで、吸気ポート１７に
おける燃料挙動パラメータ（Ｒｍ，Ｐｍ）は、前記の式
（６）を用いて求められ、筒内における燃料挙動パラメ
ータ（Ｒｃ，Ｐｃ）は、前記の式（９）を用いて求めら
れる。

【００６２】その後、ＣＰＵ３３は、ステップ２０７で
前記の式（８）を変形した演算式を用いてインジェクタ
１８による噴射燃料量Ｆｉ（ｋ）を算出する。最後に、
ＣＰＵ３３は、ステップ２０８で前記の式（１）に基づ
いて時間インデックスｋを（ｋ＋１）としたときの壁面
付着燃料量Ｆｍｗ（ｋ＋１）を演算すると共に、前記の
式（７）に基づいて時間インデックスｋを（ｋ＋１）と
したときの筒内壁面付着燃料量Ｆｃｗ（ｋ＋１）を演算
した後、本ルーチンを終了する。

【００６３】以上第２の実施の形態によれば、筒内燃料
挙動シュミレーションモデルを追加したため、燃料挙動
パラメータをより一層精密に設定することができ、燃料
噴射量の制御精度を向上させることができる。その結
果、たとえ加速過渡時等にあっても内燃機関１への燃料
噴射量を常に適正に維持するという本発明の目的を達成
することができる。

【００６４】（第３の実施の形態）次に、本発明におけ
る第３の実施の形態を説明する。図１０は本実施の形態
にかかる内燃機関の燃料噴射量制御装置の概略構成を示
す。図１０における内燃機関の特徴は、燃料が筒内へ直
接噴射されるようインジェクタ１８が装着されているこ
とにある（いわゆる、筒内直噴方式の内燃機関であ
る）。このような筒内直噴方式の内燃機関においては、
吸気ポート１７への噴射燃料の付着を無視できるため、
吸気ポート１７での燃料挙動パラメータ（壁面付着率Ｒ
ｍ，残留率Ｐｍ）を共に「０」にすればよい。こうして
Ｒｍ（ｋ）＝０，Ｐｍ（ｋ）＝０とすることにより、前
記第２の実施の形態の制御ロジックそのまま適用でき
る。

【００６５】本第３の実施の形態によれば、筒内直噴式
の内燃機関においても、燃料挙動パラメータを適正に設
定することができ、燃料噴射量の制御精度を向上させる
ことができる。その結果、上記各実施の形態と同様に、
たとえ加速過渡時等にあっても内燃機関１への燃料噴射
量を常に適正に維持するという本発明の目的を達成する
ことができる。

【００６６】なお、本発明は、上記各実施の形態の他に
次の形態にて実現できる。 （１）上記各実施の形態では、内燃機関の負荷状態の変
化を検出する手段として、吸気圧ＰＭの時間微分値（吸
気圧速度）を用いたが、これを変更してもよい。例え
ば、スロットル開度やアクセル開度の変化から負荷状態
の変化を検出し、その検出結果を燃料挙動パラメータ
（壁面付着率Ｒｍ，残留率Ｐｍ）に反映させるようにし
てもよい。

【００６７】（２）上記第１，第２の実施の形態では、
マルチポイントインジェクション（ＭＰＩ）システムに
て燃料噴射量制御装置を具体化したが、これに代えてシ
ングルポイントインジェクション（ＳＰＩ）システムに
て本制御装置を具体化してもよい。この場合には、吸気
マニホールド内での噴射燃料の壁面付着率及び残留率が
主となる予測パラメータを設定すればよく、筒内での燃
料挙動を考慮する必要性が少なくなる。

【００６８】（３）併せて、インジェクタによる燃料噴
射動作が同期噴射であるか、又はグループ噴射であるか
に応じて燃料挙動の予測パラメータの設定方法を変更し
てもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における内燃機関の燃料噴射量制御装置
の概要を説明するためのブロック図。

【図２】第１の実施の形態における内燃機関の燃料噴射
量制御装置の概略を示す構成図。

【図３】吸気ポートにおける燃料挙動シミュレーション
モデルを示す模式図。

【図４】吸気圧と、噴射燃料の壁面付着率並びに付着燃
料の残留率との関係を示すタイムチャート。

【図５】第１の実施の形態における燃料噴射量制御手順
を示すフローチャート。

【図６】第１の実施の形態の効果を説明するためのタイ
ムチャート。

【図７】吸気ポート及び筒内における燃料挙動シミュレ
ーションモデルを示す模式図。

【図８】吸気圧と、噴射燃料の筒内壁面付着率並びに筒
内残留率との関係を示すタイムチャート。

【図９】第２の実施の形態における燃料噴射量制御手順
を示すフローチャート。

【図１０】第３の実施の形態における内燃機関の周辺構
造を示す構成図。

【符号の説明】

１…内燃機関、１８…インジェクタ、３３…負荷状態検
出手段，パラメータ可変設定手段，燃料噴射量補正手段
としてのＣＰＵ。

フロントページの続き (72)発明者 金原 賢治 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 小浜 時男 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 那須 昌博 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関のインジェクタ近傍における燃料
   の動的挙動モデルを使用して前記インジェクタによる燃
   料噴射量を制御するようにした内燃機関の燃料噴射量制
   御装置において、 前記内燃機関の負荷状態の変化を検出する負荷状態検出
   手段と、 前記負荷状態検出手段により検出された内燃機関の負荷
   状態に基づいて、前記インジェクタによる噴射燃料の壁
   面付着率とその付着燃料の残留率とからなる燃料挙動を
   表すパラメータを可変に設定するパラメータ可変設定手
   段と、 前記パラメータ可変手段により設定されたパラメータを
   用いて前記燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段と
   を備えたことを特徴とする内燃機関の燃料噴射量制御装
   置。
2. 【請求項２】前記動的挙動を表すパラメータは、吸気ポ
   ートにおける壁面付着率及びその付着燃料の残留率と、
   前記内燃機関の筒内における壁面付着率及びその付着燃
   料の残留率との少なくともいずれか一方からなる請求項
   １に記載の内燃機関の燃料噴射量制御装置。
3. 【請求項３】前記負荷状態検出手段は、前記内燃機関へ
   の吸入空気の圧力変化を検出するものであり、 前記パラメータ可変設定手段は、吸入空気圧が正側に変
   化した時に、前記壁面付着率を増加させると共に前記残
   留率を減少させ、吸入空気圧が負側に変化した時に、前
   記壁面付着率を減少させると共に前記残留率を増加させ
   るようにした請求項１又は２に記載の内燃機関の燃料噴
   射量制御装置。
4. 【請求項４】請求項３に記載の内燃機関の燃料噴射量制
   御装置において、 前記吸入空気圧の変化を同圧力の時間微分により検出す
   るようにした内燃機関の燃料噴射量制御装置。