JPH04187842A - 内燃機関の燃料噴射量制御装置 - 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］ 本発明は内燃機関の燃料噴射量の制御装置に係リ、さら
に詳しくは内燃機関の吸気管に取り付けられたインジェ
クタ近傍の燃料の動的挙動を表す燃料挙動モデルに基づ
いて燃料噴射量を決定する制御装置に関する。

［従来の技術］ 内燃機関のインジェクタから噴射されるべき燃料量を制
御する方法として、本出願人は内燃機関の吸気管に設置
されたインジェクタ近傍の燃料の動特性を表す精密なシ
ミュレーションモデルを使用した噴射燃料制御装置を提
案している（特開平２−１９３８０６）。

この方式においては、インジェクタ近傍の仮想的な閉空
間（コントロールボリューム）内の吸気管内壁面に付着
している燃料量ｆｗを状態変数とするシミュレーション
モデルに基づきインジェクタからの燃料噴射量を決定す
るとともに、排気ガスの空燃比から測定された筒内に実
際に流入した燃料量とシミュレーションモデルにより演
算された筒内流人燃料量との偏差から前記シミュレーシ
ョンモデルのパラメータを同定しているため、高い精度
で所定の空燃比を維持することが可能となる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、実際には排気ガスの空燃比を検出する空
燃比センサは固有の検出時定数を有するだけでなく排気
弁がら空燃比センサ取り付は位置までの排気ガスの流動
遅れが存在するため、または空燃比センサもしくはアク
チュエータに特性の変化があると定常偏差が生しるため
、燃料のシミュレーションモデルのパラメータを正確に
同定することができなくなる。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであって、シミ
ュレーションモデルのパラメータヲ同定する際に空燃比
センサの検出遅れおよび排気ガスの流動遅れを補償する
ためのデータ処理部、および／または空燃比センサある
いはアクチュエータの特性の変動を検出するためのデー
タ処理部を含む燃料噴射量制御装置を提供することを目
的とする。

［課題を解決するための手段］ このような内燃機関の燃料噴射量制御装置の基本構成は
第１図に示されるが、以下のように構成される。

即ち内燃機関の排気管に設置され排気ガスの空燃比を検
出する空燃比センサ１００と、空燃比以外の内燃機関の
運転状態量を検出する運転状態検出手段１０１と、運転
状態検出手段１０１で検出された運転状態量から各気筒
に吸入される吸気量を演算する吸入空気量演算手段１０
２と、吸入空気量演算手段１０２との演算結果に基づい
て各気筒のインジェクタ近傍における燃料の動的挙動を
表すシミュレーションモデルを使用して噴射するべき燃
料量を決定する燃料噴射量演算手段１０３と、燃料噴射
量演算手段１０３により決定された燃料噴射量と空燃比
センサ１００の出力との関係を排気ガスの流動遅れ分補
正する流動遅れ補正手段１０４と、燃料噴射量演算手段
１０３により決定された燃料噴射量と空燃比センサ１０
０の出力との関係を空燃比センサ自体の検出遅れ分補正
するセンサ検出遅れ補正手段１０５と、流動遅れ補正手
段（１０４）とセンサ検出遅れ補正手段（１０６）によ
り補正された燃料噴射量演算手段１０３により決定され
た燃料噴射量と空燃比センサ１００の出力との関係に基
づいて燃料噴射量演算手段１０３内のシミュレーション
モデルのパラメータを推定するパラメータ推定手段１０
６と、から構成される。

第２の発明においては、センサ検出遅れ補正手段１０５
の代わりにセンサおよび／あるいはアクチュエータの定
常偏差を除去する定常偏差除去手段１０７を設ける。

［作用］ このように構成された内燃機関の燃料噴射量制御装置に
おいては、空燃比センサの排気ガスの流動遅れに起因す
るおよび空燃比センサの検出遅れとセンサおよび／また
はアクチュエータの特性変化に起因する定常偏差を補償
することによって、燃料の動特性モデルのパラメータを
正確に推定可能となる。

［実施例］ （１）実施例の構成 第２図は本発明に係る内燃機関の燃料噴射量制御装置の
１つの実施例を示す図である。第２図において内燃機関
１の吸気通路２にはエアフローメータ３が設置されてい
る。エアフローメータ３は内燃機関が吸入する空気量を
計測するだめの機器であって吸入空気の体積流量に比例
した電気信号を出力する。

また吸気管には吸気圧力を計測するために圧力検出器１
７が取り付けられ、吸気圧力に比例した電気信号を出力
する。

これらの電気信号は制御回路１０のＡ／Ｄコンバータ１
００１に供給される。

ディストリビュータ４には、例えばクランク角度に換算
して７２０°毎にパルス信号を出力するクランク角度セ
ンサ５およびクランク角度に換算して３０°毎にパルス
を出力するクランク角度センサ６が取り付けられている
。クランク角度センサのパルス出力は制御回路１０の入
出力インターフェース１００２に供給される。

また排気マニホールド１１より下流の排気管１３には空
燃比センサ１４が設置され、排気ガス中の酸素濃度に応
じた電圧を出力し、Ａ／Ｄコンバータ１００１に供給さ
れる。

制御回路１０は例えばマイクロコンピュータシステムで
構成され、Ａ／Ｄコンハーク１００１、入出力インター
フェース１００２、ＣＰＵ１００３、ＲＯＭ１００４、
ＲＡＭ１００５、ハシクアソプＲＡＭ１００６、クロッ
ク発生回路１００７等を含む。

また吸気通路２に設置されているスロットル弁１５には
スロットル弁１５が全開か否かを検出するだめのアイド
ルスイッチ１６が設けられ、この出力は入出力インター
フェース１００２を介して制御装置１０に入力される。

また制御回路１０において、ダウンカウンタ１００８、
フリップフロップ１００９および駆動回路１０１０はイ
ンジェクタ７を制御するためのものである。即ち燃料噴
射量が演算されると、その演算結果がダウンカウンタ１
００８に設定され同時にフリップフロップ１００９もセ
ット状態とされる。

この結果駆動回路１０１０がインジェクタ７を付勢する
。

ダウンカウンタ１００８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１００８の値が零となっ
たときにフリップフロップ１００９をリセットし駆動回
路１０１０は燃料噴射弁の付勢を停止する。

即ち燃料噴射量制御手段で演算された期間だけインジェ
クタ７が付勢され、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。

（２）燃料噴射量制御装置の設計 制御精度が高く、かつ安定な制御が実行できる燃料噴射
量制御装置を構成するために考慮するべき点は以下の通
りである。

即ちインジェクタ７から噴射された燃料は全ては気筒内
に注入されず、一部吸気管壁面に付着する。

このため排気ガスの空燃比が所定の値となるようにイン
ジェクタ７からの噴射量を決定しても、所定の空燃比と
はならない。

この点を考慮して吸気弁近傍の燃料の動特性を考慮して
燃料噴射量を決定するものとするが、この動特性モデル
のパラメータを決定する前処理として排気ガスの流動遅
れおよび／または空燃比センサ固有の検出遅れを補正す
る様に制御装置を構成する。

１）燃料の動特性モデルの構築 インジェクタ近傍の燃料の質量収支を得るために第３図
に示すようなインジェクタ近傍の仮想的なコントロール
ボリュームＣ■を考える。

所定のクランク角度（サイクル）を表すインデックスを
に 所定のクランク角度（サイクル）ｋにＣ■に流入する燃
料流量をｆ　ｉ　　（ｋ） 所定のクランク角度（サイクル）ｋに壁面に付着してい
る燃料量をｆｗ（ｋ） 所定のクランク角度（サイクル）ｋにＣ■から流出する
燃料流量をｆｃ（ｋ） 流入燃料流量ｆ　ｉ　　（ｋ）のうち壁面に付着する割
合をＲ 壁面付着燃料量ｆｗ（ｋ）のうち壁面に残留する割合を
Ｐとすれば次式が成立する。

ｆ　ｗ　（ｋ＋１）　−Ｐ　−ｆ　ｗ　（ｋ）十Ｒ−ｆ
　ｉ　（ｋ）　　　　　　（１）ｆ　ｃ　　（ｋ）　　
−（１−Ｐ）　　−ｆｗ　　（ｋ）＋　（１−Ｒ）　　
・ｆｉ（ｋ’）　　　　　（２）２〕燃料動特性モデル
のパラメータ推定第（１）式および第（２）式から壁面
付着燃料量ｆｗを消去すると、 ｆ　ｃ　（ｋ）　−ｆ　ｉ　　（ｋ） −Ｐ−（ｆ　ｃ　（ｋ−１）　−ｆ　ｉ　　（ｋ−１）
　）−Ｒ・　（ｆ　ｉ　　（ｋ）　−ｆ　ｉ　　（ｋ−
１））　　（３）ここで ｙ　　（ｋ）　　−ｆ　ｃ　　（ｋ）　　−ｆ　　ｉ　
　（ｋ）ｕ　　（ｋ）　　−ｆ　　ｉ　　（ｋ−１）　
　−ｆ　　ｉ　　（ｋ）　　（４）とすれば、第（３）
式は、 ｙ（ｋ）　−Ｐ−Ｙ　（ｋ−１）　十Ｒ−ｕ　（ｋ）と
なり、ｙ　（ｋ）、ｙ　（ｋ−１）、ｕ　（ｋ）が得ら
れればパラメータＰおよびＲは周知の最小２乗法等によ
り推定することができる。

３）気筒的吸入空気量の決定 各気筒に吸入される空気流量ｍｃ　（ｋ）は次の何れか
の方法で求めることができる。

（ａ）下記（６）式により算出する。

ｍｃ　（ｋ）＝ （βｌ・Ｎｅ−Ｐｍ−β２・Ｎｅ）／ＴｉただしＮｅ＝
内燃機関回転数 Ｐｍ−吸気圧力 Ｔｉ＝吸気温度 β１、β２一定数 （ｂ）吸気圧力Ｐｍおよび内燃機関回転数Ｎｅをパラメ
ータとするマツプから基本吸入空気量を求め、吸気温度
Ｔｉで補正してｍｃ　（ｋ）を求める。

（ｃ）エアフローメーク３の検出値から推定する。

即ち吸入空気量演算手段１０２は上記（ａ）（ｂ）（ｃ
）のいずれかの方法を用いて演算される。

４）目標筒内燃料量の決定 目標とする空燃比をλｒとすれば、目標とする空燃比を
得るために気筒内に注入されるべき燃料量ｆｃｒは、 ｆ　ｃ　ｒ’＝ｍｃ　（ｋ）　／λｒ　　　　　　（７
）により算出される。

５）筒内燃料量の決定 空燃比センサ１４により計測された空燃比をλ（ｋ）と
すれば、空燃センサが設置されている位置に排気ガスが
到達するまでには流動遅れが存在するため、ｋ時点にお
ける空燃比センサ１４の出力は（ｋ−ｄ）時点における
燃料量および空気吸大量であるため、筒内燃料量ｆｃ（
ｋ）は次式で表される。

ｆ　ｃ　（ｋ−ｄ）　−ｍｃ　　（ｋ−ｄ）　／λ　（
ｋ）ただしｄは離散系で表した時の排気ガスの流動遅れ
である。

即ち流動遅れ補償手段１０６として第（８）式を使用す
る。

６）空燃比センサの検出遅れの補償 第（８）式を使用することによって排気ガスの流動遅れ
は補償することが可能であるが、空燃比センサ１４自体
が有する検出遅れを補償することはできない。

この点を解決するために、本発明に係る燃料噴射量制御
装置では燃料噴射量として、流動遅れを補償した燃料噴
射ｆｉ（ｋ−ｄ）を、その時定数が空燃比センサ１４の
検出遅れ時定数τにほぼ等しいフィルタを通した補償燃
料噴射量ｆｉ（ｋ−ｄ）゛を用いることとする。

即ち、センサ検出遅れ補償手段１０７としてｆｉ（ｋ−
ｄ）　“　−τ・　ｆｉ（ｋ−ｄｌ）　”＋　（１−τ
）・　ｆ　ｉ　　（ｋ−ｄ−１）　　（９）を使用する
。

第４図は、上記の補償方法の説明図であって、継軸に燃
料量、横軸にサンプリング時刻をとる。

ａは実際の燃料噴射量ｆ　ｉ　　（ｋ）、ｂは空燃比セ
ンサの出力に基づいて決定した筒内燃料量ｆｃ（ｋ）、 Ｃは流動遅れを補償した筒内燃料量ｆｃ（ｋ−ｄ）、 ｄは真の筒内燃料量ｆｃである。

第４図によればに時点における燃料噴射量ａによって筒
内に流入した燃料量ｆｃは、排気ガスの流動遅れにより
に＋４時点において空燃比センサにより検出される。従
って前述の第（８）式によりに時点の空燃比センサの出
力から（ｋ−ｄ）時点〔第４図においてはｄ−４］の筒
内燃料量ｆｃを求めることにより排気ガスの流動遅れを
補償できる。

更に空燃比センサ固有の検出遅れにより、排気ガス流動
遅れを補償した筒内燃料ＭＣは、真の筒内燃料量ｄに対
して第４図に示すように遅れを有する。

本実施例ではに時点の燃料噴射量ｆ　ｉ　　（ｋ）に時
定数τのフィルタを通したもの、即ちセンサの検出遅れ
分を補償した検出遅れ補償燃料噴射量ｆｉ（ｋ）’　を
算出しており、従って検出遅れ補償燃料噴射量ｆ　ｉ　
　（ｋ）　’　と排気ガス流動遅れを補償した筒内燃料
量ｆｃｃｋ−ｄ）との関係は、排気ガス流動遅れ及びセ
ンサの検出遅れによる誤差を含まない関係となる。

７）空燃比センサおよび／またはアクチュエータの定常
偏差の補償　第（５）式を使用してパラメータＰおよび
Ｒを推定するが、空燃比センサ又はエアフローメータの
ようなセンサおよび／またはインジェクタのようなアク
チュエータの特性が変化すると、定常状態において ｆｃ（ｋ）≠ｆ　ｉ　　（ｋ）　　　　　　　　（１０
）となり ｙ　（ｋ）≠Ｏ（１１） であるが、燃料噴射量は一定値を維持するため、ｕ　（
ｋ）　＝０ となる。

従って第（５）式において、 Ｐ＝１　　　　　　　　　　　　　　　　（１２）でな
ければならず、正しいパラメータを推定できないことと
なる。

そこで ｙ　　（ｋ）　＝ｆ　ｃ　　（ｋ）　−ｆ　ｉ　　（ｋ
）　　　（１３）に時定数Ｔのフィルタをかけ、その演
算結果をｙ（ｋ）゛とすれば、 ｙ　（ｋ＋１）’　＝Ｔ−ｙ　（ｋ）’＋（１−Ｔ）　
　・ｙ（ｋ）　　　（１４）そして Δｙ（ｋ）＝ｙ（ｋ）−ｙ（ｋ）’　　　（１５）とし
、第（５）式を Δｙ（ｋ）＝Ｐ・Δｙ　（ｋ−１）　＋Ｒ−ｕ　（ｋ）
とすることによって、空燃比センサおよび／またはアク
チュエータの特性の変化に起因する定常偏差を除去する
ことが可能となる。

なおパラメータの推定精度を一層向上させるために、流
動遅れおよび検出遅れの補償および空燃比センサおよび
／またはアクチュエータの特性変動の補償を同時に行う
こととしてもよい。

（３）制御の実行 第５図に２つの補償を同時に行うように構成された制御
装置の機能図を示す。

即ち５０１において、３）に記載の（ａ）（ｂ）（Ｃ）
のいずれかの方法により内燃機関回転数Ｎｅおよび吸気
管圧力Ｐｍに基づき各気筒の吸入空気ｉ１ｍｃ（ｋ）が
演算される。

５０２において、ｍｃ　（ｋ）に対して排気ガスの流動
遅れが補償されｍｃ（ｋ−ｄ）が演算される。

５０３において、空燃比センサ１４の検出値λ（ｋ）を
用いて筒内燃料量ｆｃ（ｋ−ｄ）が演算される。

５０４においては、燃料噴射１１ｆｉに対して排気ガス
の流動遅れが補償されてｆｉ（ｋ−ｄ）が演算される。

５０５において、空燃比センサ１４固有の検出時定数τ
と等しい時定数のフィルタを通して補償燃料噴射量ｆｉ
（ｋ−ｄ）’を求める。

５０６において、５０３で演算された筒内燃料量ｆｃ（
ｋ−ｄ）と、５０５で演算された流動遅れおよび検出遅
れ時間が補償された燃料噴射量ｆｉ（ｋ−ｄ）’　との
演算結果の偏差が演算される。

５０７において、時定数Ｔのフィルタを用いて、空燃比
センサおよび／またはアクチュエータの定常偏差を補償
し、パラメータ推定に有効な変化分のみを取り出す。

５０８において、第（１６）式を用いて動特性モデルの
パラメータの推定を行う。

一方５０９においては、ｍｃ　（ｋ）と目標空燃比λｒ
とから目標筒内燃料１ｉｆｃｒ（ｋ）を演算する。

そして５１０で推定されたパラメータを用いて燃料の動
特性モデルから燃料噴射量ｆｉ（ｋ）を決定する。

第６図は、本発明による制御を実行するためのルーチン
であって、例えば各ストローク毎に実行される。

即ちステップ６０１でこのルーチンの実行に必要な検出
値、即ち内燃機関回転数Ｎｅ、吸気管圧力Ｐｍおよび排
気ガスの空燃比λを読み込む。

ステップ６０２において、吸入空気量ｍｃ　（ｋ）を演
算するとともに、流動遅れに相当する時間ステップｄ前
の値を読み出すことにより排気ガスの流動遅れを補正す
る。

そしてステップ６０３において、目標筒内燃料量が演算
され、第（１）式および第（２）式により燃料噴射量が
決定され、ステップ６０４で燃料噴射が実行される。

ステップ６０５において、機関がアイドリング等の定常
状態であるか否かを判定し定常状態であればパラメータ
の推定を行うためステップ６０６に進み、定常状態でな
ければ本ルーチンを終了する。

ステップ６０６において燃料噴射量に対して排気ガスの
流動遅れを補償するためにｄステップ分前の値が読み出
される。

ステップ６０７において、空燃比センサ固有の検出遅れ
が補償される。

ステップ６０８において空燃比センサおよび／またはア
クチュエータの特性の変化に起因する定常偏差が補償さ
れる。

ステップ６０９で第（１６）式により燃料動特性モデル
のパラメータが推定され、パラメータが更新されてこの
ルーチンを終了する。

［発明の効果］ 本発明による内燃機関の燃料噴射制御装置によれば、シ
ミュレーションモデルのパラメータを同定する際に空燃
比センサの検出値に含まれる排気ガスの流動遅れおよび
空燃比センサ固有の検出遅れが補償され、さらに空燃比
センサおよび／またはアクチュエータの特性の変化に起
因する定常偏差を除去することにより、燃料の動特性モ
デルのパラメータを正確に推定することが可能となり、
燃料噴射制御性能が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる燃料噴射量制御装置の基本構成
を示す図、 第２図は本発明の１実施例の構成を示す図、第３図は燃
料挙動シミュレーションモデルを説明するための模式図
、 第４図は遅れ補償方法の説明図、 第５図は本発明に係る燃料噴射制御装置の機能線図、 第６図は本発明に係る燃料噴射量制御を実行するための
フローチャートである。 １００・・・空燃比センサ、 １０１・・・運転状態検出手段、 １０２・・・吸入空気量演算手段、 １０３・・・燃料噴射量演算手段、 １０４・・・インジェクタ、 １０５・・・パラメータ推定手段、 １０６・・・流動遅れ補償手段、 １０７・・・センサ検出遅れ補償手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、内燃機関の排気管に設置され排気ガスの空燃比を検
   出する空燃比センサ（１００）と、空燃比以外の内燃機
   関の運転状態量を検出する運転状態検出手段（１０１）
   と、 該運転状態検出手段（１０１）で検出された運転状態量
   から各気筒に吸入される吸気量を演算する吸入空気量演
   算手段（１０２）と、 該吸入空気量演算手段（１０２）との演算結果に基づい
   て、各気筒のインジェクタ近傍における燃料の動的挙動
   を表すシミュレーションモデルを使用して噴射するべき
   燃料量を決定する燃料噴射量演算手段（１０３）と、 該燃料噴射量演算手段（１０３）により決定された燃料
   噴射量と前記空燃比センサ（１００）の出力との関係を
   、排気ガスの流動遅れ分補正する流動遅れ補正手段（１
   ０４）と、 さらに前記燃料噴射量演算手段（１０３）により決定さ
   れた燃料噴射量と前記空燃比センサ（１００）の出力と
   の関係を、空燃比センサ自体の検出遅れ分補正するセン
   サ検出遅れ補正手段（１０５）と、 該流動遅れ補正手段（１０４）と該センサ検出遅れ補正
   手段（１０５）により補正された前記燃料噴射量演算手
   段（１０３）により決定された燃料噴射量と前記空燃比
   センサ（１００）の出力との関係に基づいて前記燃料噴
   射量演算手段（１０３）内のシミュレーションモデルの
   パラメータを推定するパラメータ推定手段（１０６）と
   、から構成される燃料噴射量制御装置。 ２、前記センサ検出遅れ補正手段（１０５）の代わりに
   センサおよび／あるいはアクチュエータの定常偏差を除
   去する定常偏差除去手段（１０７）を設けた請求項１記
   載の燃料噴射量制御装置。