JPH0697003B2 - 内燃機関の運転状態制御装置 - Google Patents

内燃機関の運転状態制御装置

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JPH0697003B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の目的 ［産業上の利用分野］ 本発明は内燃機関の運転状態制御装置に関し、詳しく
は、内燃機関の運転に関する系の動的なモデル（ダイナ
ミックモデル）に基づいて、内燃機関のすくなくとも出
力トルクと吸入空気量を含む運転状態を好適に制御する
内燃機関の運転状態制御装置に関する。
［従来の技術］ 動力源としての内燃機関は運転者の操作に対して所望の
出力を安定に実現することが必要であるが、近年、内燃
機関の燃費を向上させると同時に安定な出力を実現する
ことを目的として、内燃機関制御の電子化が進められて
いる。
こうした制御の一例として、燃料噴射量を制御する内燃
機関の空燃比制御を取り上げてみると、その制御は例え
ば第２図に構成を模式的に示す燃料噴射量制御装置のよ
うに、古典的なフィードバック制御理論に則って行なわ
れていた。即ち、アクセルに連動して開閉するスロット
ルバルブTHの開度によって内燃機関E/Gの吸入空気量Ｑ
は定まるが、この吸入空気量Ｑと回転数ＮとからQ/Nと
して定まる内燃機関E/Gの負荷に基づいて基本燃料噴射
量TpをTp＝Ｋ×Q/N（ただし、Ｋは定数）として求めた
上で、この基本燃料量Tpを、吸入空気の空燃比を検出す
る手段、例えば内燃機関E/Gの排気系に設けられた酸素
濃度センサO2の検出信号に基づいて定まるフィードバッ
ク補正系数Ｆ（A/F）等によりフィードバック制御し、
目標空燃比を実現する燃料噴射量τを求めるのである。
［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、かかる従来技術を用いた内燃機関の運転
状態制御装置には、次のような問題点があった。
（１）通常の内燃機関ではアクセルに連動するスロット
ルバルブの開度によって吸入空気量を制御し、吸入空気
量に応じた燃料量をキャブレタや燃料噴射弁によって吸
入空気に混合している。従ってアクセルの操作量によっ
て出力トルクや燃料消費量は一意に決まってしまい、必
要な出力トルクにおいて燃料量を緻密に制御するという
ことはできなかった。そこで燃料消費量をすくなくする
為には、内燃機関の運転状態に応じて混合気の空燃比を
リーン側に制御するという手法が用いられてきた。
ところが、内燃機関の燃費を向上させる為に、目標空燃
比を大きくして希薄空燃比による燃焼を行なうと、空燃
比制御に伴う燃料供給量の変動によって、内燃機関の出
力トルクが大きく変動することがあるという問題が存在
した。第３図は空燃比A/Fと内燃機関の出力トルクＴと
の関係を示すグラフであるが、空燃比A/Fが大きな領域
と小さな領域とで比較した場合、空燃比A/Fの変化に対
する出力トルクＴの変化分ΔTr,ΔTlは、図示する如
く、空燃比A/Fが大きな領域での変化分ΔTlの方が大き
くなっている。このことは、空燃比A/Fが大きな、即ち
混合気がリーンな場合の運転時の方が、出力トルクが不
安定になることを意味している。即ち、空燃比が希薄な
領域での運転において出力トルクを安定することは、排
気系の酸素濃度を検出し、これに応じて燃料供給量を制
御するような従来のフィードバック制御では、本質的に
極めて困難なことであった。
（２）また、内燃機関の吸入空気量を検出し、これに基
づいて燃料供給量を定めるような制御が行なわれている
限り、燃料供給量の制御には必ず遅れが存在し、加速の
為にアクセルを踏み込んで吸入空気量を増加した時に
は、一度空燃比が希薄となるリーンスパイクが生じ、内
燃機関の出力トルクが一旦落ち込んでから上昇するとい
う問題を生じる。この問題は減速時には空燃比にリッチ
スパイクを生じるという形であらわれ、いずれの場合も
内燃機関に要求される出力トルクを特徴にとって逆振れ
の現象を起こし、良好な加減速特性を得られないという
問題を招致する。
こうしたリーンスパイク，リッチスパイクの一例を第４
図に示した。
（３）上記（２）の問題を解決する為には、従来アクセ
ルペダルに連動していたスロットルバルブを、アクチュ
エータを介して駆動するよう構成し、アクセルが踏み込
まれた場合には、まず燃料供給量を増加させ、その上で
スロットルバルブを開いて吸入空気量を増大させるよう
な内燃機関の制御装置が考えられる（例えば特開昭59−
122743号公報の「車両用アクセル制御装置」）。しかし
ながら、アクチュエータを用いたスロットルバルブの開
度の制御は、その応答性と安定性との間に次のような問
題が存在した。即ち、目標開度と実際の開度との偏差に
応じてアクチュエータの制御量を定める従来のフィード
バック制御では、制御系の応答性を高めて運転者のドラ
イブフィーリングを充分なものとするためにフィードバ
ックゲインを高めて帰還量を大きくすれば過制御を生じ
てオーバーシュートやダウンシュートを生じ、吸入空気
量制御の安定性を実現する為に帰還量を小さくすれば追
従性が悪化し、ドライブフィーリングが満足できないと
いう背反した問題を生じる。
従って、単にアクチュエータ等によりスロットルバルブ
開度をも制御するよう構成するだけでは、何ら充分な解
決とはならなかった。
（４）一方、内燃機関の制御の一手法として、所謂現代
制御理論を用い、内燃機関の動的なモデルを構築し、こ
れに基づいて内燃機関を緻密に制御しようとするものも
提案されている。これは、内燃機関に対する要求量から
設定された目標出力トルクや目標空燃比などを用い、内
燃機関の動的なモデルによって、定まるパラメータ等を
利用して、出力トルクや空燃比を応答性よく安定に制御
することを目的としているが、与えられた目標値に対し
て動的なモデルに基づいた適切な応答を実現するにすぎ
ず、燃料消費量を最小にするといった制御を行なうもの
ではなかった。
本発明は上記（１）ないし（４）の問題を解決すること
を目的としてなされ、特に内燃機関の出力トルクを充分
な応答性と安定性とを満足させると共に燃料消費量を最
小とする制御を行なうことのできる内燃機関の運転状態
制御装置を提供することを目的とする。
発明の構成 ［問題点を解決するための手段］ かかる目的を達成すべく、本発明は上記の問題点を解決
するための手段として、次の構成をとった。即ち、第１
図に示す如く、 内燃機関M1の運転に対する要求量として、少なくともア
クセルの操作量を含む要求量を検出する要求量検出手段
M2と、 前記内燃機関M1を運転する条件として、少なくとも燃料
供給量とスロットルバルブ開度とを含む運転条件の諸量
を可変する運転条件可変手段M3と、 前記内燃機関M1の運転状態として、少なくとも該内燃機
関M1の吸入空気量，回転数及び出力トルクを含む運転状
態の諸量を検出する運転状態検出手段M4と、 前記検出された要求量から少なくとも目標出力トルクを
定める第１の目標値設定手段M5−１と、 該設定された目標出力トルク及び前記運転状態の諸量
と、前記内燃機関M1の出力トルクを一定とした時の吸入
空気量と燃料供給量との相関とに基づき、前記内燃機関
M1への燃料供給量を最小とする吸入空気量を求め、該吸
入空気量を目標吸入空気量として設定する第２の目標値
設定手段M5−２と、 前記検出された内燃機関M1の運転状態の諸量が前記第１
及び第２の目標値設定手段M5−1,M5−２にて定められた
目標値となるよう、前記内燃機関M1の運転に関する系の
動的なモデルに従って予め定められた最適フィードバッ
クゲインに基づき前記運転条件諸量のフィードバック量
を定め、前記運転条件可変手段M3を制御する、付加積分
型最適レギュレータからなる制御手段M6と、 を備えたことを特徴とする内燃機関の運転状態制御装置
の構成がそれである。
ここで、内燃機関M1としてはガソリンエンジンならば単
気筒・多気筒あるいはサイクル数等を問わずすべて用い
ることができる。
また要求量検出手段M2とは、すくなくともアクセルの操
作量、例えば車載の内燃機関M1にとってのアクセルペダ
ルの踏込量のように運転者の内燃機関M1の出力に対する
要求量を検出するものを言い、アクセルの他に内燃機関
M1にとっての負荷の変化により内燃機関M1に対してその
出力の増減要求を検出するものも含まれる。例えば車載
の空気調和装置のコンプレッサのオン・オフ信号、ある
いはアイドリング時のアイドルアップ信号など種々のも
のが考えられる。
運転条件可変手段M3は、すくなくとも燃料供給量とスロ
ットルバルブ開度とを含む内燃機関M1の運転条件を可変
する一群のアクチュエータ等の手段であって、制御手段
M5からの信号によって開弁し、開弁時間によって燃料噴
射量をかえることのできる電磁式の燃料噴射弁や、モー
タ等によってスロットルバルブの開度を変更するアクチ
ュエータ等が考えられる。この他運転条件可変手段M3と
しては、内燃機関M1の態様に応じて、排ガス還流量（EG
R量）を変更する電磁弁等からなるEGR量制御手段や内燃
機関M1の点火のタイミングを変更するものなども、併せ
用いることができる。
運転状態検出手段M4は、内燃機関の運転状態として少な
くともその出力トルク，回転数，吸入空気量を含む運転
状態の諸量を検出する一群のセンサであって、例えばト
ルクセンサやこれに替える燃焼圧力を検出する筒内圧セ
ンサ等の出力トルクを検出するセンサ、エアフロメータ
や吸気管圧力センサ等の吸入空気量を検出するセンサ、
ディストリビュータ内のロータの回転から内燃機関M1の
回転数に比例した周波数のパルス信号を出力する回転数
センサ、等がある。この他運転状態検出手段M4として
は、内燃機関M1の態様に応じて、排気中の酸素濃度を検
出するO2センサ、内燃機関M1のノッキングを検出するノ
ックセンサ、内燃機関M1の冷却水温を検出する冷却水温
センサ、吸気温センサなどを用いることもできる。
第１の目標値設定手段M5−１は、内燃機関M1に対する要
求量に基づいて、内燃機関M1の少なくとも出力トルクを
含む運転状態の目標値を設定するものであって、例えば
アクセルの操作量や変速機の状態等に応じた目標出力ト
ルク等を算出するものである。また第２の目標値設定手
段M5−２は、上記目標出力トルク及び前記運転状態の諸
量と、内燃機関M1の出力トルクを一定とした時の吸入空
気量と燃料供給量との相関とに基づいて、内燃機関M1へ
の燃料供給量を最小とする吸入空気量を求め、これを目
標吸入空気量として設定する。
ここで、内燃機関M1の燃料供給量を最小にするような目
標吸入空気量は次のようにして求められる。
第５図は内燃機関M1の出力トルクＴを一定とした時の吸
入空気量ARと燃料供給量FRとの関係を示す定トルク線図
である。今、吸入空気量がAb、燃料供給量がFbの点ｂで
内燃機関が出力トルクToで運転されていたとすると、こ
こから吸入空気量をΔAo増加させた点（Aa、Fa）におい
て燃料供給量Faが最小になることがわかる。目標値設定
部M5は吸入空気量の目標値ARに関して、所定の出力トル
クＴに対して上述のように燃料供給量FRを最小とする値
を与えるよう構成されるが、一般的には後述する制御手
段M6の一部として、マイクロコンピュータ等による制御
の一つとして実現される。
制御手段M6は、通常マイクロプロセッサを用いROM,RAM
等の周辺素子や入出力回路と共に構成された電子回路と
して実現され、予め記憶された処理手順に従って、第１
の目標値設定手段M5−１及び第２の目標値設定手段M5−
２によって算出された内燃機関M1の運転状態の目標値
と、運転状態検出手段M4によって検出された内燃機関M1
の実際の運転状態の諸量とを知って、運転状態が目標に
近づくよう運転条件可変手段M2を、予め内燃機関M1の運
転に関する系の動的なモデルに従って定められた最適フ
ィードバックゲインから定まるフィードバック量により
制御するよう構成されている。即ち、制御手段M6は目標
値設定手段M5によって設定された目標値と内燃機関M1の
運転状態の諸量とから最適なフィードバック量を定める
付加積分型最適レギュレータとして構成されている。
こうした付加積分最適レギュレータの構成の手法は、例
えば古田勝久著「線形システム制御理論」（昭和51年）
昭晃堂等に詳しいが、ここで実際の構成の手法について
一通の見通しを与えることにする。尚、以下の説明にお
いて はベクトル量（行列）を示し、 の如き添字Ｔは行列の転置を、 の如き添字-1は逆行列を、更に の如き添字＾はそれが推定値であることを、 の如き記号￣は制御対象の系から変換等により生成され
た別の系、ここでは状態観測器（以下、オブザーバと呼
ぶ）で扱われている量であることを、ｙ＊の如き記号＊
は目標値であることを、各々示している。
制御対象、ここでは内燃機関M1の制御において、この制
御対象の動的な振舞は、 として記述されることが現代制御理論より知られてい
る。ここで式（１）は状態方程式，式（２）は出力方程
式と呼ばれ、 は内燃機関M1の内部状態を表わす状態変数量であり、 は内燃機関M1の運転条件を示す各量からなるベクトル、 は内燃機関M1の運転状態を示す諸量からなるベクトルで
ある。又、式（１），（２）は離散系で記述されてお
り、添字ｋは現時点での値であることを、ｋ−１は１回
前のサンプリング時点での値であることを、各々示して
いる。
内燃機関M1の内部状態を示す状態変数量 は、その制御系における未来への影響を予測するために
必要十分な系の履歴に関する情報を示している。従っ
て、内燃機関M1の運転に関する系の動的なモデルが明ら
かになり、式（１），（２）のベクトル を定めることができれば、状態変数量 を用いて内燃機関M1の運転を最適に制御できることにな
る。尚、サーボ系においては系を拡大する必要が生じる
が、これについては後述する。
ところが、内燃機関M1のように複雑な対象についてはそ
の動的なモデルを理論的に正確に求めることは困難であ
り、何らかの形で実験的に定めることが必要となる。こ
れが所謂システム同定と呼ばれるモデル構築の手法であ
って、内燃機関M1が所定の運転状態で運転されている場
合、その状態の近傍では線形の近似が成立つとして、式
（１），（２）の状態方程式に則ってモデルを構築する
のである。従って、内燃機関M1のようにその運転に関す
る動的なモデルが非線形のような場合にも、定常的な複
数の運転状態に分離することによって線形な近似を行な
うことができ、個々の動的なモデルを定めることができ
るのである。
ここで、制御対象が比較的容易に物理的なモデルを構築
できるのものであれば周波数応答法やスペクトル解析法
といった手法によりシステム同定を行なって、動的な系
のモデル（ここではベクトル を定めることができるが、内燃機関M1のような多元系の
制御対象は、ある程度近似のよい物理モデルをつくるこ
とも困難であり、この場合には最小２乗法や補助変数法
あるいはオンライン同定法などにより動的なモデルの構
築を行なう。
動的なモデルが定まれば、状態変数量 と運転状態の諸量 及びその目標値 からフィードバック量が定まり運転条件の諸量 の制御量が理論的に最適に定められる。通常内燃機関M1
等では内燃機関M1の運転に直接関与する諸量として、例
えば実際に吸入されている空気量や燃焼の動的挙動、あ
るいは燃焼に関与している混合気中の燃料量や内燃機関
の出力トルクといった量を状態変数量 として扱えばよいのであるが、これらの諸量の大部分は
直接観測することが極めて困難である。そこで、こうし
た場合には、制御手段M6内に状態観測器（オブザーバ）
と呼ばれる手段を構成し、内燃機関M1の運転条件の諸量
と運転状態の諸量とを用いて、内燃機関M1の状態変数量 を推定することができる。これが所謂、現代制御理論に
おけるオブザーバであり、種々のオブザーバとその設計
法が知られている。これらは、例えば古田勝久他著「メ
カニカルシステム制御」（昭和59年）オーム社等に詳解
されており、適応する制御対象、ここでは内燃機関M1と
その運転状態制御装置との態様に合わせて最小次元オブ
ザーバや有限整定オブザーバとして設計すればよい。
制御手段M6は、観測された状態変数量または上記のオブ
ザーバによって推定された状態変数量 の他に、目標値設定手段M5によって推定された内燃機関
M1の運転状態諸量の目標値と実際の運転状態の諸量との
各々の偏差を累積した累積値を用いて拡大された系にお
いて、両者と、予め定められた最適フィードバックゲイ
ンとから最適なフィードバック量を定め運転条件可変手
段M3を制御する。累積値は運転状態の目標値が内燃機関
M1への要求量によって変化することから必要となる量で
ある。一般にサーボ系の制御においては目標値と実際の
制御値との定常偏差を消去するような制御が必要とな
り、これは伝達関数において1/Sl（ｌ次の積分）を含む
必要があるとされる。また、記述したようなシステム同
定により系の伝達関数を定め、これから状態方程式をた
てているような場合には、対ノイズ安定性の上からもこ
うした積分量を含むことが望ましい。本発明においては
ｌ＝１、即ち一次型の積分を考慮すればよい。従って、
上述の状態変数量 にこの累積値を加えて系を拡大し、両者と予め定められ
た最適なフィードバックゲイン とにより帰還量を定めれば、付加積分型最適レギュレー
タとして、制御対象への制御量、即に内燃機関M1の運転
条件の諸量が定まる。
次に、最適フィードバックゲインについて説明する。上
記の如く積分量を付加した最適レギュレータでは、評価
関数Ｊを最小とするような制御入力（ここでは内燃機関
M1の運転条件の諸量）の求め方が明らかにされており、
最適フィードバックゲインもリカッチ方程式の解と状態
方程式（１），出力方程式（２）の マトリックス及び評価関数に用いられる重みパラメータ
行列とから求められることがわかっている（前掲書
他）。ここで重みパラメータは当初任意に与えられるも
のであって、評価関数Ｊが内燃機関M1の運転条件諸量の
挙動を制約する重みを変更するものである。重みパラメ
ータを任意に与えて大型コンピュータによるシミュレー
ションを行ない、得られた運転状態諸量の挙動から重み
パラメータを所定量変更してシミュレーションを繰返
し、最適な値を決定しておくことができる。その結果最
適フィードバックゲイン も定められる。
従って、本発明の内燃機関の運転状態制御装置の制御手
段M6は、予めシステム同定等により決定された内燃機関
M1の動的モデルを用いて付加積分型最適レギュレータと
して構成され、その内部におけるオブザーバのパラメー
タや最適フィードバックゲイン などは、全て、予め内燃機関M1を用いたシミュレーショ
ンにより決定されているのである。
尚、以上の説明において状態変数量 は内燃機関M1の内部状態を表わす量として説明したが、
これは実際の物理量に対応した変数量である必要はな
く、内燃機関M1の状態を表わす適当な次数のベクトル量
として設計することができる。
［作用］ 上記構成を有する本発明の内燃機関の運転状態制御装置
は、目標設定手段M5により、内燃機関M1への要求量、例
えばアクセルの操作量を含む諸量より目標出力トルクや
目標吸入空気量などを算出し、付加積分型最適レギュレ
ータとして構成された制御手段M6により、内燃機関M1の
運転状態の諸量が上記の目標値となるよう最適フィード
バック量を求めて運転条件可変手段M3の制御を行なうよ
う働く。しかも目標値設定手段M5は内燃機関M1の出力ト
ルクを一定にした状態で燃料消費量が最小となるよう目
標吸入空気量を算出するよう働くので、結果的に本発明
の内燃機関の運転状態制御装置は、内燃機関M1を目標出
力トルクでしかも燃料消費量を最小とするような運転状
態に最適に制御する。
［実施例］ 次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。第６図は本発明実施例における内燃機関とその周辺
装置を表わす概略構成図、第７図は内燃機関の運転状態
を制御する系の制御モデルを示す制御系統図、第８図は
システム同定の説明に用いるブロック線図、第９図は電
子制御回路において実行される制御の一例を示すフロー
チャート、第10図は燃料消費を最小とする吸入空気量を
求める制御の一例を示すフローチャート、であって、以
下、この順に説明する。
第６図では４気筒４サイクルの内燃機関１のひとつの気
筒を中心に示しているが、吸気系２には上流から図示し
ないエアクリーナ、吸入空気量ARを測定するエアフロメ
ータ３、吸気温Thaを検出する吸気温センサ５、吸入空
気量を制御するスロットルバルブ７、サージタンク９、
電磁式の燃料噴射弁11等が備えられている。また内燃機
関１の排気は排気管14により図示しない排気浄化装置，
消音器等を介して外部へ排出される。燃焼室（シリン
ダ）はピストン15,吸気弁17,排気弁19,点火プラグ21等
から構成されているが、これらの作動は周知のものなの
で説明は省略する。尚、イグナイタ24からディストリビ
ュータ25を介して供給された高電圧により点火用の火花
を形成する点火プラグ21には半導体型の圧力センサ27が
組込まれており、燃焼圧力、即ち内燃機関の出力を検出
するよう構成されている。これを以下、出力トルクＴと
して扱うことにする。
内燃機関１にはこの他に冷却水の温度Thwを検出する冷
却水温センサ29やディストリビュータ25内に備えられ、
内燃機関１の回転数Ｎに応じた周波数のパルス信号を出
力する回転数センサ31や、内燃機関１の１回転（クラン
ク角の720゜）に１発のパルス信号を出力する気筒判別
センサ33等が備えられている。又、スロットルバルブ７
は直流モータを動力源とするアクチュエータ35によって
その開度θを制御されている。尚、第６図中37はアクセ
ル38の踏込量Accを検出するアクセル開度センサであ
る。
以上の構成を有する内燃機関１とその周辺装置におい
て、その燃料噴射量FRやスロットルバルブ開度θ等は電
子制御回路40によって制御されている。電子制御回路40
はキースイッチ41を介してバッテリ43より電力の供給を
うけて作動しているが、周知のマイクロプロセッサ（MP
U）44,ROM45,RAM46,バックアップRAM47,入力ポート49,
出力ポート51等から構成され、上記各素子・ポートは相
互にバス53により接続されている。
電子制御回路40の入力ポート49は、内燃機関１の要求量
や運転状態示す信号を各センサより入力する。具体的に
は、要求量としてアクセル開度Accをアクセル開度セン
サ37より、また運転状態として、吸入空気量ARをエアフ
ロメータ３より、吸気温Thaを吸気温センサ５より、出
力トルクＴを圧力センサ27より、冷却水温Thwを冷却水
温センサ29より、各々入力してA/D変換した後、MPU44に
データとして引渡す図示しないアナログ入力部と、内燃
機関１の回転数Ｎを回転数センサ31より、気筒判別信号
を気筒判別センサ33より、各々入力する図示しないパル
ス入力部とから構成されている。
一方、出力ポート51は、アクチュエータ35を介してスロ
ットルバルブ７の開度θを、燃料噴射弁11を開・閉弁し
て燃料噴射量FRを、イグナイタ24を介して点火時期を、
各々制御する信号を出力する。これら電子制御回路40の
MPU44による制御については、点火時期制御を除いて、
後に第10図，第11図のフローチャートに拠って詳述す
る。
次に第７図の制御系統図に拠って、電子制御回路40内の
制御系について説明し、特にシステム同定による状態方
程式（１），出力方程式（２）等におけるベクトル の求め方やこれに基づくオブザーバの求め方、フィード
バックゲイン の求め方について、実際に即して説明する。尚、第７図
は制御系を示す図であって、ハード的な構成を示すもの
ではない。又、第７図に示す制御系は、実際には第10図
のフローチャートに示した一連のプログラムの実行によ
り実現されており、離散系として実現されている。
第７図に示すように、内燃機関の目標出力トルクＴ＊は
アクセル開度Accを基本として目標出力トルク設定部P1
により設定される。一方、目標吸入空気量AR＊は目標出
力トルクＴ＊，実際の検出された吸入空気量AR,出力ト
ルクT,回転数N,内燃機関１に噴射された燃料噴射量FRか
ら、後に第11図の説明において詳述する手法により目標
吸入空気量設定部P2により燃料消費量を最小とする値と
して定められる。積分器P3,P4は各々、目標出力トルク
Ｔ＊と実際の出力トルクＴとの偏差STを累積して累積値
ZT（ｋ）を、目標吸入空気量AR＊と実際の吸入空気量AR
との偏差SARを累積して累積値ZAR（ｋ）を、求めるもの
である。
P5は、出力トルクT,吸入空気量AR,回転数Ｎについて、
定常的な運転状態での各値（Ta,ARa,Na）からの摂動分
抽出する摂動分抽出部を示している。これは、既述した
ように、非線形なモデルに対して線形の近似を行なう為
に、内燃機関１の運転状態を、複数の定常的な運転状態
の近傍で線形な近似の成立する範囲の連続とみなして内
燃機関１の運転に関する動的なモデルを構築したことに
よっている。従って、内燃機関１の運転状態の諸量（T,
AR,N）を、一旦、最も近い定常な運転状態からの摂動分
δＴ（＝Ｔ−Ta），δAR（＝AR−ARa），δＮ（＝Ｎ−N
a）として扱うのである。前記の積分器P3,P4とオブザー
バP6とフィードバック量決定部P7とによって求められる
内燃機関１の運転条件、即ちスロットル開度θ，燃料噴
射量FRに関する制御量も、この摂動分δθ，δFRとして
扱われている。
オブザーバP6は、運転状態の摂動分δT,δAR,δＮと運
転条件の摂動分δθ，δFRとから内燃機関１の内部状態
を表現する状態変数量 を推定して状態推定量 を求めるものであり、この状態推定量 と上述の累積値ZT（ｋ）,ZAR（ｋ）とに、フィードバッ
ク量決定部P7において、最適フィードバックゲイン を積算し、制御量（δθ，δFR）を求めるのである。こ
の制御量の組（δθ，δFR）は摂動分抽出部P5によって
選ばれた定常的な運転状態に対応した運転条件からの摂
動分なので、これに基準設定値加算部P8によりこの定常
的な運転条件に対応した基準設定値θa,FRaを加えて、
内燃機関１に対する運転条件の諸量、θ,FRを定めるの
である。
以上、簡単にこの制御系の構成について説明したが、こ
うした運転状態（T,AR,N）及び運転条件（θ,FR）を実
施例として取上げたのは、これらの諸量が内燃機関１の
出力に関与する基本的な量であることによっている。従
って、本実施例では内燃機関１を２入力３出力の多元系
としてとらえた。内燃機関１の出力に関与する量として
は、この他にも、例えば点火時期や排ガス還流量なども
考えられるが、必要ならばそれらを加味して制御系のモ
デルをたてればよい。ここでは、内燃機関１の動的なモ
デルの構築には上記の２入力３出力のモデルを用い、系
の動的な振舞を変化させるものとして、他に内燃機関１
の冷却水温Thwや吸気温Thaを用いるが、内燃機関１の冷
却水温Thw等は内燃機関１の制御系の構成を変えるもの
ではなく、その動的な振舞の様子を変化させるにすぎな
い。従って、内燃機関１の制御系についてこの動的なモ
デルを構築する際、具体的には状態方程式（１），出力
方程式（２）のベクトル が内燃機関１の冷却水温Thw等に応じて定められること
になる。
以上、内燃機関１のハード的な構成と内燃機関１の出力
の制御を行なうものとして２入力３出力の系を取り上げ
た場合の制御系の構成について説明した。そこで、次に
実際のシステム同定による動的モデルの構築，オブザー
バP6の設計、最適フィードバックゲイン の与え方について説明する。
まず内燃機関１の動的なモデルを構築する。第８図は２
入力３出力の系として定常運転されている内燃機関１の
系を伝達関数G1（ｚ）〜G6（ｚ）により書き表わした図
である。尚、ｚは入出力信号のサンプル値のｚ変換を示
し、G1（ｚ）〜G6（ｚ）は適当な次数をもつものとす
る。従って、全体の伝達関数行列 は、 で表わされる。
本実施例の内燃機関１のように、その制御系が２入力３
出力の系であり、入出力の諸量に干渉が存在するような
場合には、物理的なモデルを定めることが極めて困難と
なる。このような場合には、システム同定と呼ばれる一
種のシミュレーションにより伝達関数を求めることがで
きる。
システム同定の手法は、例えば相良節夫他著、「システ
ム同定」（昭和56年）社団法人計測自動制御学会等に詳
解されているが、ここでは最小２乗法により同定する。
内燃機関１を所定の運転状態で定常運転し、スロットル
開度の変化分δθを０として、燃料供給量の変化分δFR
に適当な試験信号を加え、その時の入力δFRと出力とし
て回転数の変化分δＮのデータをＮ回に亘ってサンプリ
ングする。これを入力のデータ系列｛ｕ（ｉ）｝＝｛δ
FRi｝，出力のデータ系列｛ｙ（ｉ）｝＝｛δNi｝（但
し、ｉ＝1,2,3,…Ｎ）と表わす。この時、系は１入力１
出力とみなすことができ、系の伝達関数G1（ｚ）は、 G1（ｚ）＝Ｂ（z-1）/A（z-1） …（３） 即ち、 G1（ｚ） ＝（b0＋b1・z-1＋…＋bn・z-n）／ （１＋a1・z-1＋a2・z-2＋…＋an・z-n） …（４） で求められる。尚、ここで、z-1は単位推移演算子であ
って、z-1・ｘ（ｋ）＝ｘ（k-1） を意味している。
入出力のデータ系列｛ｕ（ｉ）｝，｛ｙ（ｉ）｝から式
（４）のパラメータa1〜an,b0〜bnを定めれば系の伝達
関数G1（ｚ）が求められる。最小２乗法によるシステム
同定では、このパラメータa1〜an,b0〜bnを が最小となるよう定める。本実施例ではｎ＝２として、
各パラメータを求めた。この場合、系のシグナルフロー
線図は第９図のようになり、状態変数量として［x1
（ｋ） ×２（ｋ）］Ｔをとって、その状態・出力方程
式は、 と表わせられる。従って、１入力１出力の系とみなした
場合のシステムパラメータ を各々 とすれば、 となる。
本実施例ではG1（ｚ）についてのパラメータとして、 ［a1 a2］＝［‐1.91 0.923］ ［b0 b1 b2］ ＝［０ 4.86×10-3 4.73×10-3］ を得た。同様の手法により、伝達関数G2（ｚ）ないしG6
（ｚ）及び各々についてのシステムパラメータ が求められる。そこでこれらのシステムパラメータから
元の２入力３出力の多元系のシステムパラメータ、即ち
状態方程式（１），出力方程式（２）のベクトル を定めることができる。
こうして本実施例の動的なモデルがシステム同定により
求められたが、この、動的なモデルは、内燃機関１が所
定の状態で運転されている時、この状態の近傍では線形
の近似が成立つという形で定められる。従って、定常的
な複数の運転状態に関して、上記の手法で伝達関数G1
（ｚ）ないしG6（ｚ）が各々求められ、各々の状態方程
式（１），出力方程式（２）、即ちベクトル が求められ、その入出力の関係は摂動分δの間に成立す
ることになる。
次にオブザーバP6の設計方法について説明する。オブザ
ーバの設計にはゴピナスの設計法などがあって、古田勝
久・佐野昭共著「基礎システム理論」（昭和53年）コロ
ナ社等々に詳しいが、本実施例では有限整定オブザーバ
として設計する。
オブザーバP6は内燃機関１の運転状態の諸量の摂動分
（δT,δAR,δＮ）と運転条件の諸量の摂動分（δθ，
δFR）とから内燃機関１の内部の状態変数量 を推定するものであるが、オブザーバP6によって求めら
れた状態推定量 を、内燃機関１の制御において、実際の状態変数量 として扱うことができるという根拠は次の点にある。
今、オブザーバP6の出力 を次式（９）のように構成したとする。
式（９）において は任意に与えられる行列である。式（１），（２），
（９）より変形すると、 を得る。従って なる行列の固有値が単位円内にある様に行列 を選択すればｋ→∞で となり、制御対象の内部の状態変数量 を入力制御ベクトル と出力制御ベクトル との過去からの系列 を用いて正しく推定することができる。
今、最小２乗法によってシステム同定され定められた状
態方程式（１），出力方程式（２）のベクトル はこの系が可観測であることから、正則な行列 を用いた新たな状態変数量 を考えて、次の可観測正準形に相似変換することができ
る。
ここで であり、正則な を適当に選んで、 とすることができる。そこで、式（10）の 行列を とおいて、式（13），（14），（15）より、 となり、有限整定オブザーバを設計することができた。
ここで を相似変換をしたものであるが、この操作によっても状
態方程式による制御の正しさは保証されている。
以上、システム同定により求めた状態方程式（１）等の
ベクトル よりオブザーバP6を設計したが、以後、このオブザーバ
の出力を改めて と表わすことにする。
次に最適フィードバックゲイン の求め方について説明するが、最適フィードバックゲイ
ン を求める手法は、例えば「線形システム制御理論」（前
掲書）等に詳しいので、ここでは詳解は略して結果のみ
を示しておく。
運転条件の諸量 と運転状態の諸量 とについて、 とし、次の評価関数Ｊを最小にする最適制御入力、即ち
運転条件 を求めることが内燃機関M1に関する付加積分型最適レギ
ュレータとしての制御問題を解くことになる。
尚、ここで は重みパラメータ行列を、ｋは制御開始時点を０とする
サンプル回数を、各々示しており、式（19）右辺は を対角行列とする所謂２次型式表現である。
この時、最適なフィードバックゲイン は として求められる。尚、式（20）における は各々、 であり、 はリカッチ方程式 の解である。尚、ここで式（19）の評価関数Ｊの意味は
内燃機関１に対する制御入力としての運転条件の諸量 の動きを制約しつつ、制御出力としての運転状態の諸量 、ここでは少なくとも出力トルクδT,吸入空気量δAR,
回転数δＮを含む諸量 の目標値 からの偏差を最小にしようと意図したものである。運転
条件の諸量 に対する制約の重み付けは、重みパラメータ行列 の値によって変更することができる。従って、すでに求
めておいた内燃機関１の動的なモデル、即ち行列 を用い、任意の重みパラメータ行列 を選択して式（23）を解いて を求め、式（20）により最適フィードバックゲイン を求めれば、状態変数量 として式（９）より求められるので、 により内燃機関１にとっての制御入力運転条件の諸量） を求めることができる。重みパラメータ行列 を変えて最適な制御特性が得られるまで以上のシミュレ
ーションを繰返すことによって、最適フィードバックゲ
イン が求められた。
以上、最小２乗法によるシステム同定により内燃機関１
の制御系の動的モデルの構築、有限整定オブザーバの設
計、最適フィードバックゲイン の算出について説明したが、これらは予め求めておき、
電子制御回路40の内部ではその結果のみを用いて実際の
制御を行なうのである。
そこで、次に、第10図のフローチャートに拠って電子制
御回路40が実際に行なう制御について説明する。尚、以
下の説明では現実の処理において扱われている量を添字
（ｋ）付で、前回に扱われた量を添字（k-1）付で表わ
すことにする。
MPU44は内燃機関１が起動した後、繰返しステップ100以
下の処理を繰返している。まずステップ100では、前回
この一連の処理を行なった結果得られた燃料噴射量（FR
（k-1）とスロットルバルブ開度θ（k-1）とにより燃料
噴射弁11の開弁及びアクチュエータ35を介したスロット
ルバルブ７の制御を行なう。続くステップ110ではアク
セル38の踏込量Accをアクセルセンサ37より読み込み、
ステップ120では内燃機関１の運転状態、即ち出力トル
クＴ（k-1），吸入空気量AR（k-1），回転数Ｎ（k-1）
等を各々センサより読み込む処理を行なう。
続くステップ130では、アクセル38の踏込量Accに基づい
て内燃機関１の目標出力トルクＴ＊を算出し、ステップ
140では内燃機関１の目標吸入空気量AR＊を算出する。
目標吸入空気量AR＊は、内燃機関１の燃料消費量を最小
にすべく定められるものであって、その算出は第11図に
拠って後述する制御により行なわれる。これらの処理が
第７図P1,P2の各設定部に相当する。
ステップ150では、この目標出力トルクＴ＊と実際に検
出された出力トルクＴ（k-1）の偏差をSTとして、ま
た、この目標吸入空気量AR＊と実際の吸入空気量AR（k-
1）との偏差をSAとして、各々求める処理が行なわれ
る。続くステップ160では、ステップ150で求めた各偏差
を累積する処理、即ち ZT（ｋ）＝ZT（k-1）＋ST（k-1）により累積値ZT（ｋ）
を、一方ZAR（ｋ）＝ZAR（k-1）＋SA（k-1）により累積
値ZAR（ｋ）を求める処理が行なわれる。この処理が第
７図の積分器P3,P4に相当する。
続くステップ170では、ステップ120で読み込んだ内燃機
関１の運転状態から、内燃機関１の動的モデルを構築し
た際、線形近似が成立つ範囲として取り上げた定常的な
運転状態のうちで最も近い状態（以下、これを定常点T
a,ARa,Naと呼ぶ）を求める処理を行なう。ステップ180
では、ステップ120で読み込んだ内燃機関１の運転状態
をこの定常点（Ta,ARa,Na）からの摂動分（δT,δAR,δ
Ｎ）として求める処理を行なう。この処理が第７図摂動
分抽出部P5に相当する。
続くステップ190では、内燃機関１の冷却水温Thwを読み
込み、この水温Thwに応じて内燃機関１の動的モデルが
変化することから、予め冷却水温Thw毎に用意されたオ
ブザーバ内のパラメータ 及び最適フィードバックゲイン を選択する処理を行なう。
ステップ200では、ステップ190で選択された とステップ180で求められた摂動分（δT,δAR,δＮ）
と、前回求められた状態推定量 X2（k-1） …×６（k-1）］Ｔと、前回求められた燃料
噴射量FR（k-1）とスロットルバルブ開度θ（k-1）の摂
動分δFR（k-1），δθ（k-1）とから、次式（25）によ
り新たな状態推定量 を算出する処理が行なわれる。この処理が第７図オブザ
ーバP6に相当するが、本実施例では既述した如く、オブ
ザーバP6は有限整定オブザーバとして構成されている。
即ち、 の計算が行なわれるのである。
続くステップ210では、ステップ200で求めた状態推定量 とステップ160で求められた累積値ZT（ｋ）,ZAR（ｋ）
と予め用意され、ステップ190で選択された最適フィー
ドバックゲイン、 をベクトル乗算することにより、即ち により制御量の摂動分δFR（ｋ）とδθ（ｋ）とを求め
る処理が行なわれる。これが第７図のフィードバック量
決定部P7に相当している。
ステップ220では、ステップ210で求めた制御量の摂動分
δFR（ｋ），δθ（ｋ）と定常点における各制御量FRa,
θａとを加えて、実際に内燃機関１の燃料噴射弁11及び
アクチュエータ35へ出力される制御量、即ち運転条件FR
（ｋ），θ（ｋ）が求められる。
続くステップ230ではサンプリング回数を示す値ｋを１
だけインクリメントする処理を行ない、ステップ100へ
戻って、上記の一連の処理、ステップ100ないしステッ
プ230を繰返す。
以上の制御を継続して行なうことにより、電子制御回路
40は内燃機関１の運転状態を目標出力トルクＴ＊と目標
吸入空気量AR＊に制御する付加積分型最適レギュレータ
として、最適のフィードバックゲインにより制御を行な
うことになる。
次に、ステップ140の目標吸入空気量AR＊を求めるルー
チンについて説明する。このルーチンは第11図のフロー
チャートに図示する如く、次の手順により、同一の出力
トルクＴ（ｋ）を維持しつつ、燃料消費量を最小にする
ように目標吸入空気量AR＊を算出する。尚、以下の説明
では、本ルーチンにおける前回の目標値をAR＊（k-1）
で、今回算出された目標値をAR＊（ｋ）で表わすことが
ある。
このルーチンはステップ300より開始され、まず第10図
の処理において定められた目標出力トルクＴ＊（ｋ）と
実際の出力トルクＴ（ｋ）及び回転数Ｎ（ｋ）が、各
々、前回の値Ｔ＊（k-1）,T（k-1）,N（k-1）と等しい
か否かの判断を行なう。三つの量のいずれかひとつでも
前回値と等しくないような場合には、制御系は平衡に達
していないことから、燃料消費量を最小とするような吸
入空気量の探索は行なえないとして、処理はステップ31
0へ移行し、内燃機関１の出力トルクＴと回転数Ｎとか
ら予め設定されたマップにより与えられる吸入空気量AR
（T,N）を目標吸入空気量AR＊（ｋ）として与える処理
を行ない、NEXTへ抜けて、本制御ルーチンを終了する。
即ち、第10図のフローチャートに還って言えば、ステッ
プ140において目標吸入空気量AR＊（ｋ）を内燃機関１
が過渡状態にあるとして、マップより定めるのである。
一方ステップ300において、諸量Ｔ＊（ｋ）,T（ｋ）,N
（ｋ）が全て前回値と同一であれば、内燃機関１は平衡
状態にあるとみなされることから、燃料消費量を最小と
する吸入空気量の探索を行なうことができるとして、処
理はステップ320へ移行する。ステップ320ではフラッグ
Fsが１であるか否かの判断を行なうが燃料消費量の探索
が開始される以前はフラッグFsの値は０なので判断は
「NO」となって処理はステップ330へ進む。ステップ330
では、最小の燃料消費量を実現する吸入空気量を求める
探索を開始するとして、フラッグFsを値１に、探索方向
を示す係数Ｄを値１に、処理回数を示すカウンタCsを値
０に、各々設定する処理を行なう。
続くステップ340ではカウンタCsの値が０を越えている
か否かの判断を行なう。探索を開始した直後にはカウン
タCs＝０なので処理はステップ350に移行し、単に目標
吸入空気量AR＊（ｋ）を前回の目標値AR＊（k-1）より
Ｄ×ΔＲだけ変化させて、即ちここでは増量して定め、
続くステップ360でカウンタCsの値を１だけインクリメ
ントし、NEXTへ抜けて本ルーチンを終了する。
こうして探索が開始された後に、本ルーチンが実行され
るとステップ320,ステップ340での判断は共に「YES」と
なって、処理はステップ370へ進み、燃料噴射量FR
（ｋ）に関し、定常点からの摂動分δFR（ｋ）が前回の
時点δFR（k-1）と較べて、どうなったかを判定する。
δFR（ｋ）−δFR（k-1）の値が所定値−ΔＦ以下であ
れば燃料噴射量は少なくなっているとして、そのまま探
索を継続すべく、処理はステップ350以下を実行する。
このことは丁度第５図においてｂ点側からａ点側へ近づ
きつつあることを示している。
一方、δFR（ｋ）−δFR（k-1）の値が所定値ΔＦ以上
であれば、燃料噴射量は増加していることになるので探
索方向を逆転すべく、ステップ380にて探索方向フラッ
グＤの値を−１に設定し、以下、上述のステップ350,36
0の処理を行なう。従って、以後の探索は目標吸入空気A
R＊（ｋ）を減らす方向で行なうことになる。第５図に
即して言えば、図中ｃ点側からａ点側へ探索する場合で
ある。
こうして、燃料噴射量を減らす方向での探索が行なわれ
ると、やがて、δFR（ｋ）−δFR（k-1）の値が所定の
偏差±ΔＦ以内となる点が見い出される。ここが同一出
力トルクにおいて燃料消費量を最小とする吸入空気量と
なる点である。そこで、探索は一応終了したとして、ス
テップ390にてフラッグFsを値０に設定し、続くステッ
プ400では、この時得られていた目標吸入空気量AR＊（k
-1）を出力トルクＴと回転数Ｎとから吸入空気量を定め
るマップの値と入替える処理を行なう。即ちAR（T,R）
＝AR＊（k-1）である。続くステップ410では前回定めら
れた目標吸入空気量AR＊（k-1）を今回も用いるとし
て、AR＊（ｋ）の値をこれに更新し、NEXTへ抜けて本ル
ーチンを終了する。
以上で、一回の探索過程を終了し、その後は冒頭の処
理、ステップ320,330,340より再び探索を継続するので
ある。
以上、説明した如く、第10図，第11図に示した制御ルー
チンを繰返し実行することにより、本実施例の内燃機関
の運転状態制御装置は、内燃機関１の運転状態をアクセ
ル38の踏込量から定まる出力トルクとその際の負荷によ
って定まる回転数とに制御するのみならず、その燃料消
費量を最小にするように働く。この時、内燃機関１を制
御する系はそのフィードバックゲインが最適フィードバ
ックとなる付加積分型最適レギュレータとなっており、
スロットルバルブ開度θと燃料噴射量FRとの制御は、従
来実現不可能であった素早い応答性と安定性とにおいて
実現されている。従って、内燃機関１の運転者の運転フ
ィーリグをすこしも損うことなく、スロットルバルブ７
の開度θを変化させて、燃料噴射量FRを最小にする制御
が可能となった。
しかも本実施例では、内燃機関１の冷却水温Thwに応じ
て動的なモデルが変化する為に、冷却水温Thwによって
オブザーバのパラメータと最適フィードバックゲインを
切換えて制御を行なっており、内燃機関１の冷却水温Th
wによらず安定した制御を行なうことができる。
こうした優れた応答性と安定性とが実現できて初めて、
内燃機関１の燃料噴射量FRを最小とするような探索が可
能となった。従来のフィードバック制御によってアクチ
ュエータ35を介してスロットルバルブ７を駆動したとし
ても、探索を行なうことはできても、応答性・安定性な
どの面から現実の使用に耐えるものではないからであ
る。
第12図はこれを比較したものであり、一点鎖線ｒは出力
トルクの目標値Ｔ＊（ｋ）を、実線ｇは本実施例の制御
を行なった場合の出力トルクＴ（ｋ）の一例を、破線ｂ
は従来のフィードバック制御を行なった場合の出力トル
クＴ（ｋ）の一例を、各々示している。図より明らかな
如く、付加積分型最適レギュレータとして構成された本
実施例の内燃機関の運転状態制御装置によれば、従来の
フィードバック制御より早い応答性（立ち上がり）を実
現した上でオーバーシュート，ダウンシュートもほとん
ど生じることなく出力トルクの制御がなされている。内
燃機関１の出力トルクが平衡に達するまでの時間で比較
すれば１桁以上の改善が実現されており、このことが燃
料噴射量を最小とする吸入空気量の探索を現実的なもの
にしている。従って、マクロ的に観た場合、常時、内燃
機関１の燃料消費量は最小に制御されている。
また、高い応答性が実現されたことも相候って内燃機関
１の空燃比がリーンが側で変動したとしても出力トルク
を安定に制御することになり、トルク変動の問題を生じ
ることはない。同様に、リーンスパイク，リッチスパイ
クの問題も十分解消されている。尚、フィードバックゲ
イン を適当に選べば、逆に加速時のリッチスパイク、減速時
のリーンスパイクを得ることも可能である。
以上の実施例では、内燃機関１を燃料噴射量FRとスロッ
トル開度θを入力とし出力トルクT,吸入空気量AR,回転
数Ｎを出力とする２入力３の出力の系としてとらえ、最
小２乗法によるシステム同定を用いて動的なモデルを構
築して付加積分型最適レギュレータを構成しているが、
適用する内燃機関の態様に合わせて、この他の入出力を
も加味し、系の動的なモデルを構築することも、本発明
の要旨を変更することなく行なうことができる。
発明の効果 以上詳述したように、本発明の内燃機関の運転状態制御
装置は、目標吸入空気量を、出力トルクを一定とした時
の吸入空気量と燃料供給量との相関に基づいて燃料供給
量を最小とする吸入空気量として定め、一方、その制御
手段を、内燃機関の運転に関する系の動的なモデルに従
って予め定められた最適フィードバックゲインに基づい
てフィードバック量を定める付加積分型最適レギュレー
タとして構成している。
従って、従来のスロットルアクチュエータ付内燃機関で
は得られなかった高い応答性と安定性とを実現しなが
ら、内燃機関の出力トルクを目標値に制御すると共に、
その燃料消費量を最小にすることができるという優れた
効果を奏する。従って車載の内燃機関に適用すれば、出
力トルクを安定に制御し、リーンスパイクやリッチスパ
イクの問題を解消してドライブフィーリングを十分に好
適なものとすることができるばかりか、車両の燃費も大
幅に改善されるなど、内燃機関の運転状態の制御全般に
亘って、制御特性を格段に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の基本的構成図、第２図は従来の内燃機
関の制御装置の概要を示す模式図、第３図は空燃比と出
力トルクの関係を示すグラフ、第４図はリーンスパイ
ク，リッチスパイクを説明するグラフ、第５図は燃料量
FRと吸入空気量ARとの関係を示す定トルク線図、第６図
は本発明一実施例としての内燃機関とその周辺装置の構
成を示す概略構成図、第７図は同じくその制御系統図、
第８図は実施例の系のモデルを同定するのに用いたブロ
ック線図、第９図は伝達関数を求める為のシグナルフロ
ー線図、第10図は実施例における付加積分型最適レギュ
レータとしての制御を示すフローチャート、第11図は同
じくその燃料消費量を最小にする制御ルーチンを示すフ
ローチャート、第12図は実施例との制御特性と従来の制
御の一例とを比較するグラフ、である。 １……内燃機関 ３……エアフロメータ ７……スロットルバルブ 11……燃料噴射弁 27……燃焼圧センサ 31……回転数センサ 40……電子制御回路 44……MPU
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大羽 勝廣 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 米川 正夫 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 清野 正資 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (56)参考文献 特開 昭56−14836（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−43943（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−124052（ＪＰ，Ａ) 特公 昭59−12860（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】内燃機関の運転に対する要求量として、少
    なくともアクセルの操作量を含む要求量を検出する要求
    量検出手段と、 前記内燃機関を運転する条件として、少なくとも燃料供
    給量をスロットルバルブ開度とを含む運転条件の諸量を
    可変する運転条件可変手段と、 前記内燃機関の運転状態として、少なくとも該内燃機関
    の吸入空気量，回転数及び出力トルクを含む運転状態の
    諸量を検出する運転状態検出手段と、 前記検出された要求量から少なくとも目標出力トルクを
    定める第１の目標値設定手段と、 該設定された目標出力トルク及び前記運転状態の諸量
    と、前記内燃機関の出力トルクを一定とした時の吸入空
    気量と燃料供給量との相関とに基づき、前記内燃機関へ
    の燃料供給量を最小とする吸入空気量を求め、該吸入空
    気量を目標吸入空気量として設定する第２の目標値設定
    手段と、 前記検出された内燃機関の運転状態の諸量が前記第１及
    び第２の目標値設定手段にて定められた目標値となるよ
    う、前記内燃機関の運転に関する系の動的なモデルに従
    って予め定められた最適フィードバックゲインに基づき
    前記運転条件諸量のフィードバック量を定め、前記運転
    条件可変手段を制御する、付加積分型最適レギュレータ
    からなる制御手段と、 を備えたことを特徴とする内燃機関の運転状態制御装
    置。
  2. 【請求項２】前記制御手段が、 前記内燃機関の運転に関する系の動的なモデルに基づい
    て予め設定されたパラメータを用いて、前記内燃機関の
    運転状態と運転条件とから該系の動的な内部状態を表わ
    す適当な次数の状態変数量を推定する状態観測部と、 前記第１及び第２の目標値設定手段によって定められた
    運転状態諸量の目標値と前記検出された運転状態諸量と
    の各偏差を、すくなくとも出力トルクと吸入空気量とに
    ついて各々累積する累積部と、 前記系の動的なモデルに基づいて予め設定されたフィー
    ドバックゲインと前記推定された状態変数量と前記累積
    値とから、前記運転条件可変手段によって制御される少
    なくとも燃料供給量とスロットルバルブ開度とを含む運
    転条件の各制御量を決定するフィードバック量決定部
    と、 から付加積分型最適レギュレータとして構成された特許
    請求の範囲第１項記載の内燃機関の運転状態制御装置。
  3. 【請求項３】前記状態観測部のパラメータおよび／また
    は前記フィードバック量決定部のフィードバックゲイン
    とが、前記内燃機関の系の動的なモデルの変更に応じて
    切換えられるよう構成された特許請求の範囲第２項記載
    の内燃機関の運転状態制御装置。
  4. 【請求項４】前記パラメータおよび／またはフィードバ
    ックゲインの切換が、内燃機関の冷却水温に応じて行な
    われる特許請求の範囲第３項記載の内燃機関の運転状態
    制御装置。
  5. 【請求項５】前記第２の目標値設定手段が、予め用意し
    たマップによって内燃機関の出力トルクと回転数とから
    目標吸入空気量を定め、前記検出された出力トルクと前
    記目標出力トルクとが一致したときに、該目標吸入空気
    量をベースとして燃料供給量を最小とする目標吸入空気
    量の検索を開始するよう構成された特許請求の範囲第１
    項ないし第４項のいずれかの項に記載の内燃機関の運転
    状態制御装置。
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