JPH04209940A - エンジン用空燃比制御装置 - Google Patents

エンジン用空燃比制御装置

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JPH04209940A
JPH04209940A JP2401060A JP40106090A JPH04209940A JP H04209940 A JPH04209940 A JP H04209940A JP 2401060 A JP2401060 A JP 2401060A JP 40106090 A JP40106090 A JP 40106090A JP H04209940 A JPH04209940 A JP H04209940A
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JP
Japan
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air
fuel ratio
engine
feedback gain
fuel
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JP2401060A
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English (en)
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Kenji Ikuta
生田　賢治
Shiyouhei Uto
章平 鵜戸
Toshio Kondo
利雄 近藤
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Denso Corp
Original Assignee
NipponDenso Co Ltd
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Publication date
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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】
［０００１］
【産業上の利用分野】本発明は、エンジンへ供給される
混合気の空燃比が理論空燃比となるように燃料噴射量を
制御するエンジン用空燃比制御装置に関するものである
。 ［０００２］
【従来の技術】この種の空燃比制御装置は、エンジンの
空燃比を制御する系の動的なモデルを、むだ時間Ｐ　（
Ｐ＝０．　１．　２．・・・）を持つ次数１の自己回帰
モデルにより近似し、更に外乱を考慮して構築し、この
動的モデルに基づいて予め定められた最適フィードバッ
クゲインと状態変数量から空燃比制御量を決定している
。（いわゆる現代制御）そして上記の最適フィードバッ
クゲインは各種運転条件において応答性と安定性が両立
するように決定されている（例えば特開平１−１１０８
５３号公報）。 ［０００３］
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た現代制御を用いた空燃比制御装置においては、吸気管
圧力を著しく低下する減速時には、火災伝播速度の低下
によって燃焼が安定せず軽い失火状態となって、空燃比
が変動する場合がある。この様な場合、現代制御を用い
て上述の空燃比制御装置は空燃比変動にすばやく応答し
てしまい空燃比補正係数ＦＡＦも大きく変動して、空燃
比変動を助長してしまい減速時の運転性が低下するとい
う問題がある。　（図７参照）本発明は上記問題に鑑み
て減速時においても、空燃比を適性に制御する空燃比制
御装置を提供することを目的とする。 ［０００４］
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する手段
として本発明は第１図に示すエンジンの空燃比を検出す
る空燃比検出手段と、前記エンジンへの燃料供給量を制
御する燃料供給量制御手段と、前記エンジンの減速を検
出する減速検出手段と、前記エンジンの動的モデルに基
づいて第１の最適フィードバックゲインを設定する第１
の設定手段と、前記エンジンの動的モデルに基づいて前
記第１のフィードバックゲインより応答性の劣る第２の
フィードバックゲインを設定する第２の設定手段と、前
記第１の最適フィードバックゲインを用いて前記燃料供
給料制御手段の制御量を定め、前記エンジンの空燃比を
目標空燃比に制御する第１の空燃比制御手段と、前記第
２の最適フィードバックゲインを用いて前記制御量を定
め、前記エンジンの空燃比を前記目標空燃比に制御する
第２の空燃比制御手段と、通常時は前記第１の空燃比制
御手段に、前記エンジンの減速時には前記第２の空燃比
制御手段に切換える切換手段とを備えたことを特徴とす
るエンジン用空燃比制御装置を提案する。 ［０００５］さらに、エンジンの空燃比を検出する空燃
比検出手段と、前記エンジンへの燃料供給量を制御する
燃料供給量制御手段と、前記エンジンの減速を検出する
減速検出手段と、前記エンジンの動的モデルに基づいて
最適フィードバックゲインを設定する設定手段と、前記
最適フィードバックゲインを用いて前記燃料供給量制御
手段の制御量を定め、前記エンジンの空燃比を目標空燃
比に制御する第１の空燃比制御手段と、比例積分制御に
て前記制御量を定め、前記エンジンの空燃比を目標空燃
比制御する第２の空燃比制御手段と、通常時は前記第１
の空燃比制御手段に、前記エンジンの減速時には前記第
２の空燃比制御手段に切換える切換手段とを備えたこと
を特徴とするエンジン用空燃比制御装置も提案する。 ［０００６］
【作用】これにより、通常時空燃比制御手段は、第１の
最適フィードバックゲインを用いて空燃比が目標空燃比
となるように空燃比制御手段の制御量を定める。減速時
においては、上記の第１の最適フィードバックゲインに
替えて、この第１の最適フィードバックゲインより応答
性が劣る様に設定された第２の最適フィードバックゲイ
ンを用いて、または、比例積分制御を用いて上記の制御
量を定めるため、減速時には空燃比制御装置の応答性力
低下して、失火時の空燃比変動には敏感に応答しなくｆ
ｔす、空燃比の変動は助長されない。 ［０００７］
【発明の効果】本発明により、減速時には空燃比制御Ｃ
応答性が低下するため、減速時の空燃比変動には空燃比
制御手段は敏感に応答せず、空燃比の変動は助長されな
い。そのため減速時においても空燃比を適正に制御する
ことができ運転性が向上するという優れた効果がある。 ［０００８］
【実施例】以上説明した本発明の構成を一層明らかにす
る為に、以下本発明の好適な実施例としてのエンジン用
空燃比制御装置について説明する。図２は、空燃比制御
が行われるエンジン１０とその周辺装置を示す概略構成
図である。図示するように本実施例では、エンジン１０
の点火時のＩｇ、燃料噴射量ＴＡＵの各々の制御が、電
子制御装置（ＥＣＵ）２０により行われる。 ［０００９］エンジン１０は、図２に示すように、４＠
筒４サイクルの火花点火式のものであって、その吸入空
気は上流より、エアクリーナ１１．吸気管１２．スロッ
トルバルブ１３．サージタンク１４．吸気分岐管１５を
介して各気筒に吸入される。一方燃料は図示しない燃料
タンクより圧送されて吸気分岐管１５に設けられた燃料
噴射弁１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄから噴射・供給
されるよう構成されている。 ［００１０１また、エンジンｌＯには、点火回路１７か
ら供給される高電圧の電気信号を各気筒の点火プラグ１
８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄに分配するディストリビ
ュータ１９、このディストリビュータ１９内に設けられ
エンジン１０の回転数Ｎｅを検出する回転数センサ３０
、スロットルバルブ１３の開度ＴＨを検出するスロット
ルセンサ３１．スロットルバルブ１３下流の吸気圧ＰＭ
を検出する吸気圧センサ３２．エンジン１０の冷却水温
Ｔｈｗを検出する水温センサ３３．吸気温Ｔａｍを検出
する吸気温センサ３４が備えられている。 ［００１１］前述の回転数センサ３０はエンジン１０の
クランク軸と同期して回転するりングギアに対向して設
けられるもので、回転数Ｎｅに比例してエンジン１０の
２回転、即ち７２０°ＣＡに２４発のパルス信号を出力
する。スロットルセンサ３１はスロットル開度ＴＨに応
じたアナログ信号と共に、スロットルバルブ１３がほぼ
全閉であることを検出するアイドルスイッチからのオン
オフ信号も出力する。 ［００１２］さらに、エンジン１０の排気管３５には、
エンジン１０から排出される排気ガス中の有害成分（Ｃ
Ｏ，ＨＣ，ＮＯｘ等）を低減するための三元触媒３８が
設けられている。さらに、三元触媒３８の上流側にはエ
ンジン１０に供給された混合気の空燃比λに応じたリニ
アな検出信号を出力する第１の酸素濃度センサである空
燃比センサ３６が設けられており、三元触媒３８の下流
側にはエンジン１０に供給された混合気の空燃比λが理
論空燃比λ０に対してリッチか、リーンかに応じた検出
信号を出力する第２の酸素濃度センサである０２センサ
３７が設けられている。 ［００１３１電千制御装置２０は、周知のＣＰＵ２１゜
ＲＯＭ２２．ＲＡＭ２３．バックアツプＲＡＭ２４等を
中心に算術論理演算回路として構成され、上述した各セ
ンサからの入力を行う入力ポート２５や各アクチュエー
タへ制御信号を出力する出力ポート２６等と、バス２７
を介して相互に接続されている。電子制御装置２０は、
入力ポート２５を介して、吸気圧ＰＭ、吸気温Ｔａｍ。 スロットル開度ＴＨ，冷却水温Ｔｈｗ、空燃比λおよび
回転数Ｎｅ等を入力し、これらに基づいて燃料噴射量Ｔ
ＡＵ、点火時期１ｇを算出し、出力ポート２６を介して
燃料噴射弁１６ａないし１６ｃ９点火回路１７の各々に
制御信号を出力する。 ［００１４］これらの制御のうち、空燃比制御について
以下に説明する。電子制御装置２０は、空燃比制御を行
うために予め次の手法で設計されている。なお、以下に
述べる設計手法は特開平１−１１０８５３号公報に開示
されている。 ｉ）制御対象のモデリング 本実施例ではエンジン１０の空燃比λを制御するシステ
ムのモデルに、むだ時間Ｐ＝３を持つ次数１の自己回帰
移動平均モデルを用い、ざらに外乱ｄを考慮して近似し
ている。 ［００１５］まず自己回帰移動平均モデルを用いた空燃
比λを制御するシステムのモデルは、 ［００１６］
【数１】 で近似できる。ここで、λは空燃比、ＦＡＦは空燃比補
正係数、ａ、　　ｂは定数、ｋは最初のサンプリング開
始からの制御回数を示す変数である。ざらに外乱ｄを考
慮すると制御システムのモデルは、 ［００１７］
【数２】 と近似できる。 ［００１８１以上のようにして近似したモデルに対し、
ステップ応答を用いて回転周期（３６０°ＣＡ）サンプ
リングで離散化して定数ａ、　　ｂを定めること、即ち
、空燃比λを制御する系の伝達関数Ｇを求めることは容
易である。 ｉｉ）状態変数量ＩＸの表示方法（ここで、ＩＸはベク
トル量を示す） ［００１９］
【数３】上式（数２）を状態変数量 （ここでＴは転置行列を示す） ［００２０１ を用いて書き直すと、
【数４］ ［００２１１ 【数５］ ［００２２］となる。 ｉ　ｉ　ｉ）レギュレータの設計 上記（３）、　　（４）式についてレギュレータを設計
すると、最適フィードバックゲインＩＫ　　（ＩＫはベ
クトル量）は、 ［００２３］ 【数６】 ［００２４］
【数７】 となる。更に、誤差を吸収させるための積分項Ｚ１（ｋ
）を加え、 ［００２５］
【数８】 として、空燃比λ、補正係数ＦＡＦを求めることができ
る。 ［００２６］なお、積分項ｚｔ　　（ｋ）は目標空燃比
λＴＧと実際の空燃比λ（ｋ）との偏差と積分定数Ｋａ
とから決まる値であって、次式により求められる。 ［００２７］
【数９】 ６図は、前述のようにモデルを設計した空燃比λを制御
するシステムのブロック線図である。 ［００２８３６図において、空燃比補正係数ＦＡＦ・（
ｋ）をＦＡＦ　（ｋ−１）から導くために２−１変換を
用いて表示したが、これは過去の空燃比補正係数ＦＡＦ
（ｋ−１）をＲＡＭ２３に記憶しておき、次の制御タイ
ミングで読み出して用いている。また、６図において一
点鎖線でかこまれたブロックＰ１が空燃比λ（ｋ）を目
標空燃比λＴＧにフィードバック制御している状態にお
いて状態変数量ＩＸ（ｋ）を定める部分、ブロックＰ２
が積分項Ｚｌ　（ｋ）を求める部分（累積部）、および
ブロックＰ３がブロックＰ１で定められた状態変数量Ｉ
Ｘ（ｋ）とブロックＰ２で求められた積分項Ｚｌ　（ｋ
）とから今回の空燃比補正係数ＦＡＦ　（ｋ）を演算す
る部分である。 ［００２９］　　ＩＶ）最適フィードバックゲインＩＫ
および積分定数Ｋａの決定最適フィードバックゲインＩ
Ｋおよび積分定数Ｋａは、例えば、次式で示される評価
関数Ｊを最小とすることで設定できる。 ［００３０］
【数１０】 ここで、評価関数Ｊとは空燃比補正係数ＦＡＦ　（ｋ）
の動きを制約しつつ、空燃比λ（ｋ）と目標空燃比＾Ｔ
Ｇとの偏差を最小にしようと意図したものであり、空燃
比補正係数ＦＡＦ　（ｋ）に対する制約の重み付けは、
重みのパラメータＱ、　Ｒの値によって変更することが
できる。 ［００３１］したがって、重みパラメータＱ、　Ｒの値
を種々換えて最適な制御特性がえられるまでシュミレー
ションを繰り返し、最適フィードバックゲインＩＫ及び
積分定数Ｋａを定めればよい。さらに、最適フィードバ
ックゲインＩＫ及び積分定数Ｋａはモデル定数ａ、　　
ｂに岱存している。よって、実際の空燃比λを制御する
系の変動（パラメータ変動）に対するシステムの安定性
（ロバスト性）を保証するためには、モデル定数ａ、　
ｂの変動分を見込んで最適フィードバックゲインＩＫ及
び積分定数Ｋａを設計する必要がある。 （００３２］よって、シュミレーションはモデル定数ａ
、　　ｂの現実に生じ得る変動を加味して行ない、安定
性を満足する最適フィードバックゲインＩＫ及び積分定
数Ｋａを定める。以上、ｉ）制御対象のモデリング、ｉ
ｉ）状態変数量の表示方法、１ｉｉ）レギュレータの設
計、ｉｖ）最適フィードバックゲイン及び積分定数の決
定について説明したが、これらは予め決定されており、
電子制御装置２０ではその結果即ち、前述の（６）。 （７）式のみを用いて制御を行う。 ［００３３１以下図３及び図４に示すフローチャートに
基づいて空燃比制御について説明する。図３は燃料噴射
量ＴＡＵを設定する処理であり、回転に同期（３６０゜
ＣＡ毎）して実行される。まず、ステップ１０１で吸気
圧ＰＭ、回転数Ｎｅ等に応じて基本燃料噴射量Ｔｐが演
算される。続くステップ１０２では空燃比λが目標空燃
比λＴＧとなるように空燃比補正係数ＦＡＦが設定され
る（詳細は後述）。 ［００３４］そして、ステップ１０３で基本燃料噴射量
Ｔｐに対して空燃比補正係数ＦＡＦ及び他の補正係数Ｆ
ＡＬＬに応じて次式により補正され、燃料噴射量ＴＡＵ
が設定される。 ［００３５］
【数１１】 ＴＡＵ−ＦＡＦＸＴｐＸＦＡＬＬ 以上のようにして設定された燃料噴射量ＴＡＵに応じた
作動信号が燃料噴射弁１６ａないし１６ｂへ出力される
。次に空燃比補正係数ＦＡＦの設定（図３のステップ１
０２）について図４に基づいて説明する。 ［００３６］まず、ステップ２０１で空燃比λのフィー
ドバック条件が成立しているか否かを検出する。ここで
、フィードバック条件とは周知のとおり、冷却水温Ｔｈ
ｗが所定値以上であって、高負荷、高回転でないこと等
である。フィードバック条件が成立していないときは、
ステップ２１７で空燃比補正係数ＦＡＦが１に設定され
、さらにステップ２１８でオープン制御判定フラグＦ１
が１に設定されてフィードバック制御は行なわれずオー
プン制御により噴射量ＴＡＵは設定される。 ［００３７］また、フィードバック条件が成立している
場合は、ステップ２０２で減速域か否かの判別を例えば
吸気管圧力の変化量や、アイドルスイッチ等で行なう。 −減速域でないときは、ステップ２０３で目標空燃比λ
ＴＧを設定する。ここで、目標空燃比＾ＴＧは通常は１
（理論空燃比）に設定され運転状態に応じて（加速時や
高負荷時）リッチ側に設定される様になっている。 ［００３８１次にステップ２０４で、前回フィードバッ
ク条件が成立せずにオープン制御であったか否かの判別
な行なうため、後述するオープン制御判定フラグＦ１が
１か否かを判別する。オープン制御判定フラグＦ１が１
であるとき、即ち前回オープン制御であった場合は、ス
テップ２０６で最適フィードバックゲインを予め定めて
おいたＩＫ嘴　（１，２，３，４，Ａ）に設定し、ステ
ップ２０７でフィードバックゲインも判別フラグＦ２を
Ｏにする。そして、ステップ２０８で積分項の初期値Ｚ
ＩＩＮを次式より算出する。 ［００３９］
【数１２】 ＺＩＩＮ＝１＋に２　＋に３　＋に４　　Ｋｔ　　・λ
（Ｋ）ここでλ（Ｋ）は空燃比である。この式は、ステ
ップ２１０で算出するＦＡＦ計算式を逆演算して求める
ものである。ここで最適フィードバックゲインＩＫＮ　
は前述の（８）式に示される評価関数ＪのＱ／Ｒを１／
１０に設定することにより応答性を重視して定められて
いる。 ［００４０１また後述する最適フィードバックゲイン■
Ｋｏｃは評価関数ＪのＱ／Ｒを１１５０に設定すること
により定められているため、ＩＫｏｃはＩＫＮよりも応
答性が低い最適フィードバックゲインとなっている。ま
た、ステップ２０４で、前回オープン制御ではないと判
定された場合（即ちＦｌが０のとき）はステップ２０５
で最適フィードバックゲインＩＫを切換えんる必要があ
るか否かを判定するために、前回の最適フィードバック
ゲインがＩＫ＋＋であったかをフィードバックゲイン判
別フラグＦ２により判別する。 ［００４１１前回減速域で、最適フィードバックゲイン
がＩＫＤＣに設定されているときは（Ｆ２が１のとき）
、今回最適フィードバックゲインをＩＫＮ　に切換える
必要があるため、ステップ２０６で最適フィードバック
ゲインをＩＫＮ　に設定し、さらにステップ２０７で積
分項の初期値ＺＩＩＮを算出してステップ２０９に進む
。また、ステップ２０５で前回もフィードバック制御さ
れており、前回の最適フィードバックゲインがＩＫＮで
今回と同じであると判別されたとき（Ｆ２が０のとき）
はステップ２０６〜２０８をスルーしてステップ２０９
に進む。 ［００４２１ステツプ２０９では、次式で積分項ＺＩ（
Ｋ）を算出する。 ［００４３３ 【数１３］ そしてステップ２１０では空燃比補正係数ＦＡＦを次式
より算出する。 ［００４４１ 【数１４］ 次にステップ２１１でオープン制御判別フラグＦｌをＯ
に設定して本ルーチンを終了する。 ［００４５］また、ステップ２０２で今回が減速域と判
別された場合はステップ２１２で目標空燃比λＴＧを設
定する。このとき目標空燃比λＴＧは理論空燃比（λ＝
１）よりリーン側に設定されている。次にステップ２１
３で、前回がフィードバック条件が成立せずオープン制
御であったか否かの判別をオープン制御判別フラグＦ１
より行ない、前回がオープン制御を判別された場合（Ｆ
ｌが１のとき）は、ステップ２１５で最適フィードバッ
クゲインをＩＫｏｃ　（１，２，３，４，Ａ）に設定す
る。 ［００４６］ここでＩＫＤＣはＩＫＭ　を用いた場合よ
り応答速度が遅くなるような値に設定されている。ステ
ップ２１６でフィードバックゲイン判別フラグＦ２を１
に設定してからステップ２０８で積分項の初期値を設定
し、ステップ２０９，２１０で空燃比補正係数ＦＡＦを
計算する。 ［００４７］また、ステップ２１３で前回がオープン制
御ではないと判別された場合（Ｆｌが０のとき）は、ス
テップ２１４で前回の最適フィードバックゲインがＩＫ
ＤＣであるか否かの判別をフィードバックゲイン判別フ
ラグＦ２より行なう。前回は減速域ではなく、現在最適
フィードバックゲインがＩＫＭに設定されている場合（
Ｆ２が０のとき）はステップ２１５で最適フィードバッ
クゲインをＩＫｎｃに切換えて設定する。 ［００４８１そしてステップ２１６でフィードバックゲ
イン判別フラグＦ２を１に設定して、ステップ２０８で
積分項初期値を計算する。そして、ステップ２０９，２
１０に進んで空燃比補正係数ＦＡＦを計算する。また、
ステップ２１４で前回も減速域であって最適フィードバ
ックゲインがＩＫＤＣに設定されていると判別された場
合（Ｆ２が１のとき）は、ステップ２１５，２１６，２
０８をスルーしてステップ２０９，２１０に進んで空燃
比補正係数ＦＡＦを計算し本ルーチンを終了する。 ［００４９］空燃比補正係数ＦＡＦの算出方法が異なる
他の実施例を図５に示すフローチャートに基づいて説明
する。フィードバック条件が成立し、減速域ではないと
きの空燃比補正係数ＦＡＦの算出方法（ステップ２０１
〜２１１）は前述の実施例と同じでありその説明は前述
したとおりである。 ［００５０３以下、本実施例の特徴部である減速域の場
合について説明する。ステップ２０２で減速域と判別さ
れるとステップ３１０で目標空燃比λＴＧを設定する。 ここで目標空燃比ａｒｃは理論空燃比よりもリーン側に
設定される。次にステップ３１１で次式より（いわゆる
ＰＩ制御）空燃比補正係数ＦＡＦを計算する。 ［００５１１ 【数１５］ ＦＡＦ　（Ｋ）＝１＋Ｋｉ　・　（λ（Ｋ）−λｒ’ｃ
　）ここで、λ（Ｋ）は空燃比、Ｋｉは積分定数、λＴ
Ｇは目標空燃比である。また、フィードバック条件が成
立しない場合は前述した実施例と同様に空燃比補正係数
ＦＡＦは１に設定される。 ［００５２１以上の様に算出された空燃比補正係数ＦＡ
Ｆを用いて噴射量ＴＡＵは設定される（図３）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のクレーム対応図である。
【図２】本発明実施例の全体構成を示したブロック図で
ある。
【図３】本発明実施例の作動説明に供したフローチャー
トである。
【図４】本発明実施例における空燃比補正係数算出時の
作動説明に供したフローチャートである。
【図５】他の実施例の作動説明に供したフローチャート
である。
【図６】前記再実施例における空燃比制御の作動説明に
供したブロック図である。
【図７】従来技術の説明に供したタイムチャートである
。
【符号の説明】
１０　エンジン ２０　電子制御装置 ３２　吸気圧センサ ３６　空燃比センサ
【図１】
【図４】

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】エンジンの空燃比を検出する空燃比検出手
    段と、前記エンジンへの燃料供給量を制御する燃料供給
    量制御手段と、前記エンジンの減速を検出する減速検出
    手段と、前記エンジンの動的モデルに基づいて第１の最
    適フィードバックゲインを設定する第１の設定手段と、
    前記エンジンの動的モデルに基づいて前記第１のフィー
    ドバックゲインより応答性の劣る第２のフィードバック
    ゲインを設定する第２の設定手段と、前記第１の最適フ
    ィードバックゲインを用いて前記燃料供給料制御手段の
    制御量を定め、前記エンジンの空燃比を目標空燃比に制
    御する第１の空燃比制御手段と、前記第２の最適フィー
    ドバックゲインを用いて前記制御量を定め、前記エンジ
    ンの空燃比を前記目標空燃比に制御する第２の空燃比制
    御手段と、通常時は前記第１の空燃比制御手段に、前記
    エンジンの減速時には前記第２の空燃比制御手段に切換
    える切換手段とを備えたことを特徴とするエンジン用空
    燃比制御装置。
  2. 【請求項２】エンジンの空燃比を検出する空燃比検出手
    段と、前記エンジンへの燃料供給量を制御する燃料供給
    量制御手段と、前記エンジンの減速を検出する減速検出
    手段と、前記エンジンの動的モデルに基づいて最適フィ
    ードバックゲインを設定する設定手段と、前記最適フィ
    ードバックゲインを用いて前記燃料供給量制御手段の制
    御量を定め、前記エンジンの空燃比を目標空燃比に制御
    する第１の空燃比制御手段と、比例積分制御にて前記制
    御量を定め、前記エンジンの空燃比を目標空燃比制御す
    る第２の空燃比制御手段と、通常時は前記第１の空燃比
    制御手段に、前記エンジンの減速時には前記第２の空燃
    比制御手段に切換える切換手段とを備えたことを特徴と
    するエンジン用空燃比制御装置。
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