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JPH01290950A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

内燃機関の制御装置

Info

Publication number
JPH01290950A
JPH01290950A JP11903588A JP11903588A JPH01290950A JP H01290950 A JPH01290950 A JP H01290950A JP 11903588 A JP11903588 A JP 11903588A JP 11903588 A JP11903588 A JP 11903588A JP H01290950 A JPH01290950 A JP H01290950A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pipe pressure
engine
intake pipe
value
sampling
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP11903588A
Other languages
English (en)
Inventor
Hisao Iyoda
久雄 伊予田
Akira Iwai
彰 岩井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP11903588A priority Critical patent/JPH01290950A/ja
Publication of JPH01290950A publication Critical patent/JPH01290950A/ja
Pending legal-status Critical Current

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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Electrical Control Of Ignition Timing (AREA)

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制御装置に係り、特に機関燃焼室内
に吸入される空気量を予測して燃料噴射量や点火時期を
制御するようにした内燃機関の制御装置に関する。
〔従来の技術〕
従来より、スロットル弁上流側を通過する空気量または
スロットル弁下流側の吸気管絶対圧力(以下、吸気管圧
力という)を所定周期でサンプリングし、このサンプリ
ング値と機関回転速度の検出値とに基づいて基本燃料噴
射時間を演算し、この基本燃料噴射時間を吸気温や機関
冷却水温等で補正して燃料噴射時間を求め、この燃料噴
射時間に相当する時間燃料噴射弁を開弁することにより
燃料噴射量を制御する内燃機関の燃料噴射量制御装置が
知られている。上記の空気量および吸気管圧力の物理量
は、いずれも機関燃焼室に吸入される空気量に対応して
いる。機関が要求する量の燃料を機関燃焼室に供給する
ためには、機関燃焼室に吸入される空気量が確定する時
点、すなわち吸気弁閉弁時を含む吸気弁閉弁付近での物
理量のサンプリング値を用いて燃料噴射量を制御すれば
よい。しかしながら、燃料噴射時間を演算するために所
定時間必要であると共に、燃料噴射弁から噴射された燃
料が燃焼室に到達するまでに所定の飛行時間が必要であ
り、燃焼室に吸入される空気量が確定したときに燃料噴
射量を演算して噴射すると時間遅れによって噴射された
燃料が機関燃焼室に供給されなくなる。
このため、従来では、マクロ−リン展開された多項式の
2階微分項までを考慮して定められた以下の式に従って
、噴射される燃料が燃焼室に到達する時点での吸気管内
圧力を予測し、予測した吸気管内圧力PMFを用いて燃
料噴射量を演算しで噴射することが行なわれている(特
開昭60−169647号公報、特開昭62−1572
44号公報)。
PMF=2.5PM−2,0PM360+0.5PM7
20 ただし、PMはサンプリングした現在の吸気管圧力、P
M360は現在より360°CA(クランク角)前にサ
ンプリングした吸気管圧力、PM720は現在より72
0°CA前にサンプリングした吸気管圧力である。この
ように、所定クランク角(360’ CA)毎にサンプ
リングして予測値を求めることにより、機関高回転域で
は単位時間当りのサンプリング回数が多くなって第3図
に示すように予測吸気管圧力PMFは予測先での実際の
吸気管圧力に略等しくなる。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、上記従来の技術では、所定クランク角毎
にナンプリングしているため、機関低回転域ではサンプ
リング回数が少なくなり、マクロ−リン展開された多項
式の2階微分項まで考慮して予測すると、特に急加速時
において第2図に示すようにオーバシュートが大きくな
り、排気エミッションが悪化する、という問題がある。
また、急減速時においてはアンダシュートが大きくなる
、という問題がある。
本発明は上記問題点を解決するために成されたもので、
単位時間当りのサンプリング回数が少なくなる運転領域
に右いてもオーバシュートやアンダシュートなしに精度
よく機関燃焼室に吸入される空気量に関連した物理量を
予測して機関を制御することができる内燃機関の制御装
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〕
上記目的を達成するために本発明は、第1図に示すよう
に、機関燃焼室に吸入される空気量に関連した物理量を
所定周期でサンプリングするサンプリング手段Aと、今
回のサンプリング値、前回のサンプリング値および前々
回のサンプリング値を記憶する記憶手段Bと、今回のサ
ンプリング値と前回のサンプリング値との差の絶対値が
大きくなる程大きくなる比率で該差の絶対値が小さくな
るように該差を補正する補正手段Cと、少なくとも補正
された前記差と前々回のサンプリング値とに基づいて将
来の前記物理量を予測する予測手段りと、予測された物
理量に基づいて機関を制御する制御手段Eと、を含んで
構成したものである。
〔作用〕
以下本発明の作用を機関燃焼室に吸入される空気量に関
連した物理量として吸気管圧力を採用し。
た場合を例にとって説明する。X″CAでの吸気管圧力
を示す関数をf (x)としてm″CA先の吸気管圧力
を予測するものとすると、予測先の吸気管圧力は関数f
  (x+m)で表わされる。この関数をテーラ−展開
すると次の(1)式のようになる。
口! ココで、f  (x+m)=PMFを、現在の吸気管圧
力f(X)=PMSa’ CA前の吸気管圧力PMa、
2a’CA前の吸気管圧力PM2aで表わすものとする
と、 a            a a2 となるから、上記(1)式は次の(4)式のようになる
・ΔΔPM+・・・  ・・・(4) 上記(4)式の右辺第3項以下(Δ△PM以下)を、実
験により定められる適合定数をkとしてk・ΔPM+Δ
ΔPMで近似すると次の(5)式のようになる。
P M F =PM+ (−十k )・△PM+△ΔP
M  ・・・(5)吸気管圧力と開開回転速度とで燃料
噴射量を制御する制御装置では、圧力センサ出力をCR
フィルタとディジタルソフトフィルタで処理した値をサ
ンプリング値として採用しているから、上記(5)式の
予測吸気管圧力PMFはフィルタでの処理9遅れている
。このため、適合定数kをフィルタによる遅れ分を考慮
して補正する必要がある。フィルタの時定数をT1機開
口転速度をNEとするとT−NE/60000補正する
必要がある。また、予測先のクランク角につい°Cも燃
料噴射方法(同時噴射や独立噴射)に応じて適合させる
必要がある。このため、フィルタの遅れ分および予測先
のクランク角等の補正を考慮した新たな適合定数をに1
とし、また、 であるからこれらによって(5)式を変形すると次のよ
うになる。
PMF=PM2 a+ (2+−+k 1)(PM−P
Ma)・・・(7) 上記(7)式の各項間には、第4図に示す関係があり、
変化率ΔPMを含んでいるため、低回転時や急加速時等
のよにうサンプリング回数が少なくかつ吸気管圧力が変
化してΔPMが多くなるときには予測吸気管圧力PMF
がオーバシュートすることになる。また、急減速時には
予測吸気管圧力がアンダシュートすることになる。この
ため、本発明では、今回のサンプリング値PMと前回の
サンプリング値PMaとの差(変化率)ΔPMの絶対値
が大きくなる程大きくなる比率で差ΔPMの絶対値が小
さくなるように差ΔPMを補正して差ΔPMを圧縮した
圧縮値DPMを用いた次の式で予測吸気管圧力PMFを
演算する。
PMF=PM2 a+ (2+−+k 1)DPM  
=(8)なお、機関燃焼室に吸入される空気量に関連し
た物理量としてスロットル弁上流側を通過する空気量を
用いるようにしてもよい。
従って、本発明では、サンプリング手段Aで上記の物理
量を所定周期でサンプリングし、記憶手段Bに今回のサ
ンプリング値、前回のサンプリング値および前々回のサ
ンプリング値を記憶し、補正手段Cによって今回のサン
プリング値と前回のサンプリング値との差の絶対値が大
きくなる程大きくなる比率で差の絶対値が小さくなるよ
うに差を補正して圧縮し、予測手段りにおいて少なくと
も、補正された差と前々回のサンプリング値とに基づい
て上記(8)式に基づいて将来の物理量を予測する。そ
して、制御手段Eは、予測された物理量に基づいて燃料
噴射弁やイグナイタを制御することにより機関を制御す
る。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、今回のサンプリン
グ値と前回のサンプリング値との差を圧縮して機関制御
用の物理量を予測しているため、サンプリング周期があ
る程度大きくてもオーバシュートやアンダシュートなし
に精度よく予測することが可能になり、必要以上に高速
なA/D変換が不要になる、という効果が得られる。
〔実施例〕
以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
本実施例は、4気筒機閲に本発明を適用し2て4気1筒
独立に燃料噴射制御を行なうようにしたものである。ま
ず、4気筒機関の予測吸気管圧力PMFの演算式につい
て説明する。4気筒機関の場合、機関1回転に1回4気
筒同時に燃料を噴射する場合と、4気筒独立に燃料を噴
射する場合とがあるが、4気筒同時噴射の場合、第5図
(1)に示すタイミングで燃料を噴射したとき噴射され
た燃料が最も多く吸入される気筒は第1気筒#1であり
、このとき第1気筒の燃焼室へ吸入される空気量は第1
気筒の吸気弁閉弁時の吸気管圧力によって定まる。従っ
て、現在より360°CA先の吸気管圧力を予測すれば
よい。なお、上記では噴射された燃料が第1気筒に最も
多く吸入されるとして予測光のクランク角を定めたが、
他の気筒にも吸入されるため予測光のクランク角は実験
で定めるのが好ましく、このときには上記で説明したよ
うに、上記適合定数に1を補正することになる。4気筒
独立噴射の場合には、第5図(2)に示されるように、
現在時点で演算されて噴射タイミングで噴射された燃料
は第1気筒#1に吸入され、このとき機関燃焼室に吸入
される空気量は第1気筒の吸気弁閉弁時の吸気管圧力に
よって定まるから現在より360°CA先の吸気管圧力
を予測すればよい。
また、4気筒機関の場合、吸気管圧力の脈動による変動
周期は180’CA毎と考えられるから、180°CA
毎に吸気管圧力をサンプリングすれば、脈動による変動
の影響を最も少なくすることができる。
従って、4気筒機関の場合には、180°CA毎に吸気
管圧力をサンプリングし、現在より360” CA先の
吸気管圧力を予測すればよい。従って、4気筒機関の場
合a=180、m=360として予測吸気管圧力PMF
を次式で演算できることなる。
PMF=PM360+ (4+k 1)DPM  ・・
・(9)第6図は本発明が適用可能な燃料噴射量制御装
置および点火時期制御装習を備えた内燃機間(エンジン
)の概略を示すものである。
このエンジンは、マイクロコンピュータ等の電子制御回
路によって制御されるものであり、工゛γクリーナ(図
示せず)の下流側には、スロットル弁8が配置され、こ
のスロットル弁8にはスロットル弁全開状態でオンする
アイドルスイッチ10が取付けられ、スロットル弁8の
下流側にサージタンク12が設けられている。このサー
ジタンク12には、半導体式の圧力センサ6が取付けら
れている。この圧力センサ6は、吸気管圧力の脈動成分
を取除くだめの時定数が小さく (例え、ば、3〜5m
5ec)かつ応答性の良いCRフィルタ等で構成された
フィルタ(第7図)に接続されている。
なお、ごのフィルタは圧カセンザ内に内蔵させるように
しても良い。また、スロットル弁8を迂回しかつスロッ
トル弁上流側とスロットル弁下流側のサージタンク12
とを連通ずるようにバイパス路14が設けられている。
このバイパス路14には4極の固定子を備えたパルスモ
ータ16Aによって開度が調節されるN5C(アイドル
スピードコントロール)バルブ16Bが取付けられてい
る。
サージタンク12は、インテークマニホールド18およ
び吸気ボート22を介してエンジン20の燃焼室に連通
されている。そしてこのインテークマニホールド18内
に突出するよう各気筒毎に燃料噴射弁24が取付けられ
ている。
エンジン20の燃焼室は、排気ポート26およびエキゾ
ーストマニホールド28を介して三元触媒を充填した触
媒装置(図示せず)に連通されている。このエキゾース
トマニホールド28には、理論空燃比を境に反転した信
号を出力する。2センサ30が取付けられている。エン
ジンブロック32には、このエンジンブロック32を貫
通してウォータジャケット内に突出するよう冷却水温セ
ンサ34が取付けられている。この冷却水温センサ34
は、エンジン冷却水温を検出して水温信号を出力し、水
温信号で機関温度を代表する。なお、開口オイル温を検
出して機関温度を代表させても良い。
エンジン20のシリンダヘッド36を貫通して燃焼室内
に突出するように各気筒毎に点火プラグ38が取付けら
れている。この点火プラグ38は、ディストリビュータ
40およびイグナイタ42を介して、マイクロコンピュ
ータ等で構成された電子制御回路44に接続されている
。このディストリビュータ40内には、ディストリビュ
ータシャフトに固定されたシグナルロータとディストリ
ビュータハウジングに固定されたピックアップとで各々
構成された気筒判別センサ46および回転角センサ48
が取付けられている。気筒判別センサ46は例えば72
0°CA毎に気筒判別信号を出力し、回転角センサ48
は例えば30”CA毎にエンジン回転数信号を出力する
電子制御回路44は第7図に示すようにマイクロプロセ
ッシングユニット (MPU)60、!j−ド・オンリ
・メモリ (ROM)62、ランダム・アクセス・メモ
リ(RAM)64、バックアップラム(BU−RAM)
66、入出カポ−トロ8、人力ポードア0、出力ポード
ア2.74.76およびこれらを接続するデータバスや
コントロールバス等のバス75を含んで構成されている
。入出カポ−トロ8には、アナログ−デジタル(A/D
)変換器78とマルチプレクサ80とが順に接続されて
いる。マルチプレクサ80には、抵抗RとコンデンサC
とで構成されたCRフィルタ7およびバッファ82を介
して圧力センサ6が接続されると共にバッファ84を介
して冷却水温でンサ34が接続されている。また ?ル
チブレクサ80にはrイド用スイッチ10が接続されて
いる。
MPU60は、マルチプレクサ80およびA / i)
変換器78を制御し−CSCRフィルタ7を介して入力
される圧力センサ6出力、アイドルスイッチ10出力お
よび冷却水温センサ34出力を順次デジタル信号に変換
してRAM64に記憶させる。
このA/D変換は180°CA毎に行なうことができる
が、所定時間毎に行なってもよい。従って、マルチプレ
クサ80、A/D変換器78およびMPU60等は、圧
力センサ出力を所定周期でサンプリングするサンプリン
グ手段として作用する。
入力ポードア0には、コンパレータ88およびバッファ
86を介して02センサ30が接続されると共に波形整
形回路90を介して気筒判別センサ46および回転角セ
ンサ48が接続されている。
出力ポードア2は駆動回路92を介してイグナイタ42
に接続され、出力ポードア4はダウンカウンタを備えた
駆動回路94を介して燃料噴射弁24に接続され、そし
て出力ポードア6は駆動回路96を介してISCバルブ
のパルスモータ16Aに接続されている。なお、98は
クロック、99はタイマである。上記ROM62には、
以下で説明する制御ルーチンのプログラム等が予め記憶
されている。
第8図は、180°CA毎に実行されるルーチンを示す
もので、ステップ100において現在の吸気管圧力PM
、180°CA前の吸気管圧力PM180および360
°CA前の吸気管圧力PM360をRAMから取込むこ
とにより、今回のサンプリング値、前回のサンプリング
値、前々回のサンプリング値を取込む。ステップ】02
では、現在の吸気管圧力PMから180°CA前の吸気
管圧力PM180を減算するこよにより吸気管圧力の変
化率ΔPMを演算する。変化率ΔPMは加速時の場合圧
、減速時の場合負になる。次のステップ104では、変
化率△PMの絶対値が所定値α以上か否かを判断するこ
とにより過渡状態か否かを判断する。過渡状態と判断さ
れたときには、ステップ106において第9図に示す変
化率△PMと圧縮値DPMのテーブルから変化率ΔPM
に対応する圧縮値DPMを演算する。この圧縮値DPM
は、変化率ΔPMの絶対値が大きくなるに従って大きく
なる比率でその絶対値が小さくなるように圧縮されてお
り、この結果、DPM−ΔPMの曲線を対数圧縮した値
になっている。なお、八PMを圧縮する度合は、ΔPM
>Oの領域(加速時)と八PM<0の領域(N速時)と
で必ずしも一致させる必要はな(、機関の特性に応じて
定めればよい。
次のステップ108では、第10図に示す機関回転速度
NEに応じて定められた適合定数klのテーブルから現
在の機関回転速度NEに対応した適合定数k]を演算す
る。この適合定数乗数klは、0を初期値として機関回
転速度が高くなるに従って大きくなるように定められて
いる。なお、2トに1を適合定数としてもよい。ステッ
プ110では上記(9)式に示した式に従って予測吸気
管圧力PMFを演算し、ステップ112およびステップ
114において180°CA前の吸気管圧力PM180
を360°CA前の吸気管圧力PM360、現在の吸気
管圧力PMを180°CA前の吸気管圧力にそれぞれ置
き換えた後ステップ116へ進む。
一方、ステップ104において変化率の絶対値1ΔPM
Iが所定値α未満と判断されて機関運転状態が定常運転
状態と判断されたときには、吸気管圧力PM180と変
化率ΔPMとを用いて予測吸気管圧力PMFを以下の式
に従って演算し、ステップ120およびステップ122
において180°CA前の吸気管圧力PM180を36
0°CA前の吸気管圧力、予測吸気管圧力PMFを18
0°CA前の吸気管圧力にそれぞれ置き換えた後ステッ
プ116へ進む。
ステップ122において予測吸気管圧力PMFを吸気管
圧力PM180に置き換えて上記α0式に基づいて予測
吸気管圧力PMFを演算しているため、前回演算した予
測吸気管圧力をPMFOとして上記α0式を変形すると
以下の00式に示すにうになる。
上記00式から理解されるように定常時の予測吸気管圧
力PMFは、前回の予測吸気管圧力PMFoの重みを重
くして現在の吸気管圧力PMと前回の予測吸気管圧力P
MFoとの加重平均値を演算することにより求められる
。このような加重平均値はデジタルフィルタリング処理
で求めることができる。
そして、ステップ116において燃料噴射時間TAUお
よび点火進角θを演算する。
第11図(1)は燃料噴射時間TAUを演算するルーチ
ンを示すもので、ステップ】40において予測吸気管圧
力PMFおよび機関回転速度NEを取込み、ステップ1
42において予測吸気管圧力PMFと機関回転速度NE
とに基づいて基本燃料噴射時間TPを演算し、ステップ
144において吸気温や機関冷却水温等に応じて基本燃
料噴射時間TPを補正することにより燃料噴射時間TA
Uを演算する。
第11図(2)は点火進角θを演算するルーチンを示す
もので、ステップ150において予測吸気管圧力PMF
と機関回転速度NEとを取込み、ステップ152におい
て予測吸気管圧力PMFと機関回転速度NEとに基づい
て基本点火進角θBASEを演算し、ステップ154に
おいて吸気温や機関冷却水温等に応じて基本点火進角θ
RAS!を補正することにより点火進角θを演算する。
そして、燃料噴射タイミングになった時点で3!!:、
料噴射時間TAUに相当する時間燃料噴射弁が開弁され
ることにより燃料噴射が実行され、イグナイタをオンし
ておいて点火進角θになった時点でオフすることにより
点火が実行される。
なお、定常状態での予測吸気管圧力PMFは、−船釣に
次の0乃式によって演算することができる。
ただし、nは重み付けに関する係数である。
なお、脈動成分が影響するときには、加速時においても
定常時と同様の加重平均値を現在の吸気管圧力として用
いればよい。
以上説明し7たように本実施例によれば、吸気管圧力の
変化率ΔPMを対数圧縮して所定クランク角度光の吸気
管圧力を予測するにうにしているため、予測吸気管圧力
のオーバシュート及びアンダシュートなしに精度よく吸
気管圧力を予測することができ、必要以上に高速なA/
D変換が不要になる。
なお、上記では吸気管圧力をサンプリングして機関を制
御する例について説明したが、スロットル弁上流側にカ
ルマン渦流量センサ等のエアフロメータを設け、スロッ
トル弁の上流を通過する空気量と機関回転速度とから燃
料噴射量や点火時期を制御する内燃機関にも適用するこ
とができる。
また、上記では全域のΔPMを圧縮する例について説明
したが加速域のΔPMのみまたは減速域のΔPMのみ圧
縮するようにしてもよい。
また、6気筒機関の場合には、第12図(1)、(2)
に示した燃料噴射のタイミングから理解されるよ・うに
、120°CA毎にサンプリングして現在より360°
CA先の吸気管圧力を予測するようにすればよいから、
a=120、i’n=360とすれば予測吸気管圧力P
MFは次のようになる。
PMF=PM24Q+ (5+に1)・DPM  ・・
・α:〕
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の特許請求の範囲に対応したブロック図
、第2図は予測吸気管圧力のオーバシュートを説明する
ための線図、第3図は高回転時にお:する実際の吸気管
圧力と予測吸気管圧力PMFとの変化を示す線図、第4
図は現在の吸気管圧力P M、所定クランク角前の吸気
管圧力PMa、さらに所定クランク角前の吸気管圧力P
M2aとの関係を示す線図、第5図(1)、(2)は4
気筒エンジンの噴射タイミングを説明するための線図、
第6図は本発明が適用可能な制御装置を備えた内燃機関
の概略図、第7図は第6図の制御回路の詳細を示すブロ
ック図、第8図は本発明の実施例の180”CA@に実
行されるルーチンを示す流れ図、第9図は圧縮値DPM
のテーブルを示す線図、第10図は適合定数klの変化
を示す線図、第11図(1)、(2)はそれぞれ燃料噴
射時間演算ルーチン、点火時期演算ルーチンを示す流れ
図、第12図(1)、(2)は6気筒エンジンの噴射タ
イミングを説明するための線図である。 6・・・圧力センサ、 24・・・燃料噴射弁、 42・・・イグナイタ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)機関燃焼室に吸入される空気量に関連した物理量
    を所定周期でサンプリングするサンプリング手段と、 今回のサンプリング値、前回のサンプリング値および前
    々回のサンプリング値を記憶する記憶手段と、 今回のサンプリング値と前回のサンプリング値との差の
    絶対値が大きくなる程大きくなる比率で該差の絶対値が
    小さくなるように該差を補正する補正手段と、 少なくとも補正された前記差と前々回のサンプリング値
    とに基づいて将来の前記物理量を予測する予測手段と、 予測された物理量に基づいて機関を制御する制御手段と
    、 を含む内燃機関の制御装置。
JP11903588A 1988-05-16 1988-05-16 内燃機関の制御装置 Pending JPH01290950A (ja)

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JP11903588A JPH01290950A (ja) 1988-05-16 1988-05-16 内燃機関の制御装置

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