JPH0412148A - エンジンの燃料噴射制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、車両エンジンにおいてスロットル開度、エン
ジン回転数等により吸入空気ｍを推定して燃料噴射ｎを
定めるＤジェトロ式の燃料噴射制御装置に関し、詳しく
は、過渡時の空燃比制御精度の向上対策に関する。

〔従来の技術〕

エンジンの燃料噴射制御系として、スロットル開度、エ
ンジン回転数により吸入空気量を推定する方式が既に提
案されており、この方式によると、過渡時に特にスロッ
トル開度が変化すると、吸入空気量の変化を予測して早
目に燃ｔ４噴射量も変化する。従って、過渡時の燃料の
対応が迅速化して応答性に擾れている。

ところで、過渡時にスロットル開度が変化する場合に、
実際にシリンダに流入する空気量（実筒内吸気ｆｆ１）
には遅れが生じる。このため、上述のようにスロットル
開度の変化量に基づいて燃料噴射量を決定すると、加速
時には燃料噴射量の増ｍが実筒内吸気量の増大より早過
ぎて空燃比がリッチ化し、減速時には燃料噴射量の減量
が同様に生じて空燃比のリーン化を招く。このため、過
渡時対策として上記実筒内吸気量の遅れを加味して燃料
噴射量を決定することが必要になる。

そこで従来、上記燃料噴射制御に関しては、例えば特開
昭６０−４３１３５号公報の先行技術がある。ここで、
スロットル開度が変化する場合の空気流量が一次遅れの
関係になることを利用し、燃料噴射量も一次遅れを持た
せて徐々に増減するように算出することが示されている
。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上記先行技術のものにあっては、過渡時の吸
気量の一次遅れの特性を参照して燃料噴射量もそれに類
似して変化することから、空燃比の大きな変動は防ぐこ
とはてきる。しかし、実際の吸気量の変化は一義的に定
まらないので、吸気量に対し燃料噴射量は常に適正化し
難く、空燃比制御の精度は低い等の問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、その目的
とするところは、スロットル開度、エンジン回転数等に
より燃料噴射量を定める方式において、過渡時の燃料噴
射量を最適化して空燃比制御精度を向上することが可能
なエンジンの燃料噴射制御装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明のエンジンの燃料噴射
制御装置は、スロットル開度、エンジン回転数、吸気温
によりスロットル弁通過空気量。

吸気マニホールド内圧力を算出し、吸気マニホールド内
圧力に基づきシリンダ流入空気量を推定して燃料噴射量
を決定する制御系において、空気量算出時に所定の遅れ
時間を設定し、遅れ時間先を予測してスロットル開度子
７１−１値とエンジン回転数子ｉｉ１？１値とを算出す
る手段を有し、過渡時には、スロットル開度子ＪＩＩＪ
　ｔｆｉとエンジン回転数子ＡＰＪ値とで吸気マニホー
ルド内圧力を予測し、かつ吸気マニホールド内圧力の予
測値・によりシリンダ流入空気量を推定算出するもので
ある。

〔作　　　用〕

上記構成に基づき、スロットル開度、エンジン回転数等
によりシリンダ流入空気量が算出推定されるが、この場
合に過渡時の実筒内吸気量に対するシリンダ流入空気量
算出の遅れに＆Ｊ　Ｌ、て遅れ時間が予め設定され、こ
の遅れ時間先をＴ’ａＰｊ［、たスロットル開度予測値
とエンジン回転数’Ｔ’７１ＰＩ値とで種々の算出が行
われる。そこで、遅れ時間後のシリンダ流入空気量は遅
れを補償するように算出されて、早期に実筒内吸気量と
一致し、過渡時の空燃比を高い精度で一定制御するよう
になる。

〔実　施　例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

先ず、第２図の吸気系モデルにより本発明の燃料噴射制
御の基本原理について述べる。エンジン本体Ｉの吸気系
はスロットル弁２を有するスロットルホゾ−３が設けら
れ、このスロットルボデ３か吸気マニホールド４を介し
て吸気弁５を有する吸気ポート６に連通し、吸気弁５が
開くことでシリンダ７に吸気する。一方、制御ユニット
２ｏは、スロットル開度、エンジン回転数等により各運
転条件に応じた吸気量を推定し、この吸気量に対応する
燃料噴射−を算出しており、この噴射信号がインジェク
タ８に出力して燃料噴射するようになっている。

今、大気圧をＰａ、大気圧密度をρａ、大筒内吸入空気
量をＭａｐ、　スロットル弁通過空気量をＭ　ａｔ。

吸気マニホールド内圧力をＰ、吸気マニホールド容積を
Ｖ、吸気温をＴ、吸気マニホールド内空気量をＭとする
と、 空気の保存式はｄＭ／ｄＬ　−Ｍａｔ　−Ｍａｐ　　−
（１）状態方程式はＰＶ−ＭＲＴ　　　　　　　・・・
（２）実筒内吸入空気量Ｍａｐは Ｍａｐ”　（Ｎ−Ｄ／２ＲＴ）　　’　７７　ｖ　’　
Ｐ　　−（３）スロットル弁通過空気量ＭａＬは ＭａＬ＝Ｃ−Ａ・ψ−ｍ　−＜４） 但し、Ｐ／Ｐａ　＞ｆ２／（ｋ＋ｌ）ｌ　””　”のと
き、Ｐ／Ｐａ　＜　　（２／（ｋ＋Ｉ）ｌ”＋に一口の
とき、ψ−５市票扉扉昂■＝丁 この場合、Ｎ：エンジン回転数、Ｄ：排気量。

ηＶ二体積効率、Ｃ０流量係数、Ｒ：ガス定数。

ｋ、比熱比１ｇ：重力加速度、Ａ：空気通過面積なお、
体積効率η９．流量係数Ｃおよび空気通過面積Ａは、そ
れぞれスロットル開度αの関数として表わされる。

更に、ｃｉ＞式と（２）式とから、 ｄＰ／ｄｔ　−（ＲＴ／Ｖ）　・（Ｍａｔ−Ｍａｐ）　
−（５）となり、（５）式を離散化してまとめると以下
のようになる。

Ｐ　（ｋ＋１）　−Ｐ　（ｋ）＋　（ＲＴ　／　Ｖ　−
ｆＭａｔ（ｋ）　−Ｍａｐ（ｋ）１・・・（６） 従って、大筒内吸入空気量Ｍａｐは、（６）式の吸気マ
ニホールド内圧力Ｐ　（ｋ＋１）を（３）式に代入して
得られることがわかる。

ここで、加速時の実際の吸気量変化状態について述べる
と、スロットル開度αが第４図（ａ）のように変化して
スロットル弁通過空気量Ｍａｔが増大しても、吸気マニ
ホールド容積等の影響によりシリンダの流入空気量、即
ち実筒内吸入空気量Ｍａｐは第４図（Ｃ）のように遅れ
て増大することになる。

また、実筒内吸入空気ｍ　Ｍ　ａ　ｐの算６４法につい
て述べると、上述の（６）式で示すように、スロットル
弁通過空気ｉＭａｔと実筒内吸入空気ｍＭａｐとの偏差
ΔＭに基づいて吸気マニホールド内圧力Ｐを算出してい
る。従って、スロットル開度αの変化により流量係数Ｃ
１空気通過面積Ａ等が変化して更にスロワ］・ル弁通過
空気量Ｍａｔが変化した時点で、吸気マニホールド内圧
力Ｐの値も変化して大筒内吸入空気ｉＭａｐの増大が算
出される。従って、実筒内空気ｉＭａｐに対して計算さ
れる吸気量、即ち燃料噴射量決定時の空気量は、第４図
（Ｃ）の目算空気量Ｍのように６Ｍの分だけ少なくなる
。即ぢ、実筒内吸入空気ｉ１Ｍａｐに対し、計算空気量
Ｍとの間には所定の位相ずれ（以下行程遅れ時間Ｔｄと
称する）が存在し、これに基づいて加速時の空燃比がリ
ーン化することがわかる。

そこで、かかる行程遅れ時間Ｔｄを補償するには、行程
遅れ時間Ｔａ２分だけ先のスロットル開度、エンジン回
転数を子ＪＰＩ　Ｌ、この子７１ＰＩ値に基づいてシリ
ンダ流入空気量Ｍａｐ（ｋ）を算出すれば良いことにな
る。一般に今回の値５（ｋ）、前回の値５（ｋ−１，）
、サンプル時間Δｔ１．行程遅れ時間Ｔｄとすると、予
測値Ｓ　（ｋ）は以下のように示される。

宮（ｋ）　−Ｓ　（ｋ）　＋　（Ｔｄ／Δｔ　）ｆｓ　
Ｉ＋）　−ｓ　（ｋ−＋）１従って、スロットル開度α
の予測値♂（ｋ）、エンジン回転数Ｎの予測値’Ｒ（ｋ
）は以下のように算出され、る。

’２？（ｋ）−α（ｋ）　＋　（Ｔｄ／ΔｔＨα（ｋ）
−α（ｋ−１）・・・（７） 狩（ｋ）　−Ｎ　（ｋ）　＋　（ｒｄ／Δｔ）ＩＮ（ｋ
）−Ｎ（ｋ−１）１・・・（８） そこでかかるスロットル開度ａの予ａ＃Ｉｋｉｆｆｌ　
（ｋ）　。

エンジン回転数Ｎの予１ｌｌｌｊ値’Ｒ（ｋ）により、
吸気マニホールド内圧力Ｐ　（ｋ＋１）を求めてシリン
ダ流入空気ＪｉｔＭａｐ（ｋ）を算出することで、計算
によりシリンダ流入空気量は第４図（Ｃ）のＭ′のよう
になり、実筒内吸入空気量Ｍａｐと早期に一致すること
がわかる。

ところで、実筒内吸入空気ｉＭａｐとシリンダ流人空気
量Ｍ′の初期の斜線の領域は、上述の予δＦＪｔ１算で
も補償することができないで残る。このため、スロット
ル開度αの変化量Δαで加速を判断し、吸気マニホール
ド内圧力Ｐの変化量ΔＰにより割込み燃料噴射Ｈｋ　Ｔ
　ｉ　ｏを以下のように算出する。

Ｔｉｏ−Ｋ・ΔＰ　　　（Ｋ：定数）　　＝・（９）そ
して加速初期に割込み燃料噴射することで、この領域も
補償するのであり、こうして加速等の過渡時の全域て空
燃比を最適制御し得ることになる。

第１図において、」二連の基本原理による燃事−１噴射
制御装置の電子制御系について述べる。

先ず、エンンン回転数セン→月０．スロツＩ・小開度セ
ンサ１１．吸気温センサ１２．および空燃比センサＩ３
を有し、これらのセンサ信号が制御ユニット２０に入力
する。

制御ユニット２０は、スロットル開度センサＩＩのスロ
ットル開度αが入力するスロットル開度Ｔ−１１ＰＩ値
算出手段２Ｉを有し、定常時は今回の値α（ｋ）と等し
い予測１値ｆｉ（ｋ）を出力する。また過渡時は今回と
前回の値α（ｋ）、α（ｋ−１）　、行程遅れ時間Ｔｄ
サンプル時間Δｔを用い、上記（７）式に基づいてスロ
ットル開度予測値ｆｉ（ｋ）を算出する。また、エンジ
ン回転数センサ１０のエンジン回転数Ｎもエンジン回転
数子ａＰｊ値算出手段２２に人力し、同様にしてエンジ
ン回転数予測値Ｒ（ｋ）を算出する。

スロットル開度予測値’＃（ｋ）はスロットル弁通過空
気量算出手段２３に入力し、マツプＭ丁によりスロット
ル開度予測値ｆ（ｋ）に応じた空気通過面積Ａを求め、
マツプＭ２によりスロットル開度予測値♂（ｋ）に応じ
た流量係数Ｃを求める。また、マツプＭ３により吸気マ
ニホールド内圧力Ｐ　（ｋ）に応じた係数ψを求め、こ
れらの空気通過面積Ａ流量係数Ｃ１係数ψおよび大気圧
Ｐａ、大気圧密度ρａにより、演算部２３ａで上記（４
）式に基づいてスロットル弁通過空気ｉＭａＬ（ｋ）を
算出する。

スロットル開度予測値２（ｋ）、エンジン回転数″ＦＪ
ＦＩ値’Ｒ（ｋ）および吸気温センサＩ２の吸気温Ｔは
シリンダ流入空気量算出手段２４へ人力し、マツプＭ５
によりスロットル開度予測値ｆｉ（ｋ）とエンジン回転
数予測値１！　（ｋ）とに応した体積効率η、を求め、
マツプＭ６により吸気温Ｔに応じた係数（Ｄ／２ＲＴ）
を求める。これらの体積効率ηＶ、係数（Ｄ／２ＲＴ）
、エンジン回転数予測値’ｆｌ’（ｋ）、および吸気マ
ニホールド内圧力Ｐ　（ｋ）は演ｐ部２４ａに入力し、
上記（３）式に基づいてシリンダ流入空気ｆｆ１Ｍａｐ
（ｋ）を算出する。

また、スロットル弁通過空気ｊ１Ｍａｔ（ｋ）、シリン
ダ流入空気ＪｉｋＭａｐ（ｋ）、吸気温Ｔは吸気マニホ
ールド内圧力算出手段２５に入力し、マツプＭ４により
吸気温Ｔに応じた係数（ＲＴ／Ｖ）を求め、演算部２５
ａでスロットル弁通過空気ｆｆ１ＭａＬ（ｋ）、シリン
ダ流入空気ｍＭａｐ（ｋ）、および係数（ＲＴ／Ｖ）に
より上記（５）式に基づいて吸気マニホールド内圧力Ｐ
　（ｋ）を算出する。また、吸気マニホールド内圧力Ｐ
　（ｋ）により上記（６）式に基づいて吸気マニホール
ド内圧力Ｐ　（ｋ＋１）を算出するのであり、この吸気
マニホールド内圧力Ｐ　（ｋ＋１）はシリンダ流入空気
量算出手段２４に人力し、吸気マニホールド内圧力Ｐ　
（ｋ＋１）に応じたシリンダ流入空気Ｑ　Ｍ　ａ　ｐ（
Ｋ）を算出し、このシリンダ流入空気ｍＭａｐ（ｋ’）
が基本燃料噴射量算出手段２６に人力する。

基本燃料噴射量算出手段２６はシリンダ流入空気ｆｆｉ
Ｍａｐ（ｋ）と理論空燃比［Ａ／ＦＡＴとにより基本燃
料噴射量Ｔｐを、 Ｔｐ　　−Ｋ　　−Ｍａｐ（ｋ）／［Ａ／Ｆコ。

により算出する。

一方、空燃比センサ１３の空燃比Ａ／Ｆはフィードバッ
ク補正量算出手段２７に人力し、空燃比＾／１５に応じ
たフィードバック補正ｆｆｌ　Ｋ　ｐ　ｅを設定するの
であり、基本燃料噴射！Ｔｐ、　フィードバック補ｌｌ
４ｆｆｉ　Ｋ　Ｆ　Ｂは燃料噴射量算出手段２８に入力
し、燃料噴射パルス幅Ｔｉを、 Ｔ１壬Ｔｐ−ＫＦｌ］ により決定する。そして燃料噴射パルス幅Ｔｉに応した
噴射信号を、インジェクタ８に出力するようになってい
る。

続いて、割込み燃料噴射制御系について述べると、吸気
マニホールド内圧力算出手段２５からの吸気マニホール
ド内圧力変化量ΔＰが人力する割込ろ燃料噴射量算出手
段２９を有する。そして割込み燃料噴射量Ｔｉｏを、吸
気マニホールド内圧力変化量ΔＰに応して Ｔｉ□−Ｋ・ΔＰ て求める。割込み燃料噴射量Ｔｉ□に応じた噴射信号は
、出力手段３０てスロットル開度予測値算出１段２１か
らのスロットル開度変化量Δαにより加速と判断される
と、その初期にのみ金気筒のインジェクタ８に同様に出
力するように構成される。

次いて、かかる構成の燃料噴ａ・１制御装置の作用を、
第３図のフローチャートと第４図のタイムチャートとを
用いて述べる。

先ず、エンジン運転時に第３図（ａ）のフローチャート
が実行され、スロットル開度センサ１１．エンジン回転
数センサ１０のスロットル開度α、エンジン回転数Ｎに
幻し、制御ユニッ）・２０のスロットル開度子７１１１
１　ｒｉ算出手段２ノ、エンジン回転数予測値算出手段
２２てスロットル開度予測値２（ｋ）、エンジン回転数
予測値？’Ｊ　（ｋ）が算出される。そこで、定常時に
は関係無いか、第４図のような加速時には行程遅れ時間
Ｔｄを予め加味してｆ−ΔＦＩしたスロットル開度予測
値２（ｋ）、エンジン回転数子δ−１ｎ（ｋ）が、第４
図（ａ）　、　（ｂ）のように多口に算出される。

そしてスロットル開度予測値’２？（ｋ＞、エンジン回
転数子Ａ？Ｉ値Ｒ（ｋ）によりスロットル弁通過空気量
算出手段２３で空気通過面積Ａ、流量係数Ｃが設定され
ることで、スロットル弁通過空気量Ｍａｔ（ｋ）も多口
の値になる。

一方、シリンダ流入空気量Ｍａｐ（ｋ）は、シリンダ流
入空気ｉｔ算出手段２４で予測前の吸気マニホルド内圧
力Ｐ　（Ｋ）等により算出されることで、（Ｍａｔ（ｋ
）　−Ｍａｐ（ｋ月の値は比較的大きいものになり、こ
れに伴い吸気マニホールド内圧力変化量ΔＰも多１−１
の値になる。そして加速初期には第３図（］））のルル
ーラが実行され、この吸気マニホールド内圧力変化量Δ
Ｐに応じた割込み燃料噴射量Ｔｉ□が算出され、第４図
（ｄ）のように燃料噴射る。このため−時的に燃料か憎
口して、加速初期の実筒内吸入空気ｆｆｉＭａｐが立上
る際の空燃比が補償される。

また、ｆＭａｔ（ｋ）−Ｍａｐ（ｋ）ｌの値と共に、吸
気マニホールド内圧力Ｐ（ｋ＋１．）、およびシリンダ
流入空気ｊｉＭａｐ（ｋ）の値は多口になることで、行
程遅れ時間Ｔｄが経過した以降の計算によるシリンダ流
入空気量Ｍａｐ（ｋ）の値は、第４図（ｃ）のＭ′のよ
うに急増する。そして実筒内吸入空気ｉＭａｐに対し、
計算によるシリンダ流入空気ｉＭａｐ（ｋ）の値は、早
期に一致するようになり、シリンダ流入空気量Ｍａｐ（
ｋ）に対応したものになる。これにより、実筒内吸入空
気ｊ；ｔＭａｐが急増する場合に、インジェクタ８から
の燃料噴射量も第４図（ｄ）のように実筒内吸入空気量
Ｍ　ａ　ｐに対応して行程遅れ時間Ｔｄを補償するよう
に増加制御される。

こうして加速時には、初期に割込み燃料噴射され、次い
て行程遅れ時間Ｔｄを見込んで燃料噴射量が急増制御さ
れることで、空燃比は高い制御精度で一定に保持される
。一方、減速時には、上述と逆に行程遅れ時間Ｔｄを予
め加味してシリンダ流入空気量Ｍａｐ（ｋ）が少な［］
に算出され、燃料噴射パルス幅Ｔｉが実筒内吸入空気Ｑ
Ｍａｐに対し早期に対応したものになる。

以上、本発明の実施例について述べたが、これのろに限
定されない。また、水温等の補正は割込み燃料噴射にも
行うことで効果が増す。

〔発明の効果〕

以上述べてきたように、本発明によれば、スロットル開
度、エンジン回転数等によりシリンダ流入空気量を算出
して燃本′１噴射量を決定する制御系において、空気量
算出方法に伴う行程遅れを予め加味して算出するので、
ｉＩＡ渡時に実筒内吸入空気量に対し計算により空気量
が早期に一致して空燃比制御精度を向上し得る。

さらに、スロットル開度、エンジン回転数に対し行程遅
れを見込んだ予測１値を算出する方法であるから、制御
し易く、実筒内吸入空気量と５１算による空気量との収
束性も良い。

さらにまた、加速初期には更に割込み燃料噴射するので
、実筒内吸入空気量の立上り時における空燃比も補償さ
れて効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のエンジンの燃料噴射制御装置の実施例
を示す電子制御系のブロック図、第２図はエンジン吸気
系の略図、 第３図（ａ）　、（ｂ）は燃事、１噴射制御の作用を示
すフローチャー１・、 第４図は加速時の燃事−１噴射制御の噴射パルス状態を
示ずタイムチャートである。 ８・・・インジェクタ、２０・・制御ユニット、２トス
ロソ］・ル開度予測値算出手段、２２・エンジン回転数
予測値算出手段、２３・・・スロッ）・ル弁通過空気還
算出手段、２４・・・シリンダ流入空気ｍ算出１段、２
５・・・吸気マニホールド内圧力算出手段、２９・割込
み燃料噴射２算１１１手段、３０・出力手段特許出願人
　　富士重工業株式会社 代理人　弁理士　　小　橋　信　浮 量

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）スロットル開度、エンジン回転数、吸気温により
   スロットル弁通過空気量、吸気マニホールド内圧力を算
   出し、吸気マニホールド内圧力に基づきシリンダ流入空
   気量を推定して燃料噴射量を決定する制御系において、 空気量算出時に所定の遅れ時間を設定し、遅れ時間先を
   予測してスロットル開度予測値とエンジン回転数予測値
   とを算出する手段を有し、 過渡時には、スロットル開度予測値とエンジン回転数予
   測値とで吸気マニホールド内圧力を予測し、かつ吸気マ
   ニホールド内圧力の予測値によりシリンダ流入空気量を
   推定算出することを特徴とするエンジンの燃料噴射制御
   装置。
2. （２）加速初期には、吸気マニホールド内圧力変化量に
   基づき割込み燃料噴射量を定めることを特徴とする請求
   項（１）記載のエンジンの燃料噴射制御装置。